<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements aux fontes ".
On a déjà proposé d'ajouter du magnésium à la fonte en fu- sion dans la fabrication de la fonte, en particulier pour provo- quer la graphitisation, c'est-à-dire pour produire de la fonte grise par addition de magnésium.
La présente invention est fondée sur cette double découver- te que le magnésium, loin d'être un agent graphitisant, a un ef- fet blanchissant très prononcé et que si, dans la préparation de la fonte blanche on ajoute du magnésium au métal en fusion de
<Desc/Clms Page number 2>
manière telle qu'une quantité critique soit réellement retenue dans la pièce coulée, les propriétés de celle-ci sont supérieures à celles d'une fonte blanche comparable exempte de magnésium.
Conformément à la présente invention, on produit une fonte blanche ayant la composition suivante : de 2 à 4,5 % de carbone, de 0,1 à 3 % de silicium, de 0,1 à 2 % de manganèse, de 0,015 à 0,5 % de magnésium, de 0 à 6 % de nickel, de 0 à 2,5 % de chrome et de 0 à 2 % de molybdène, le complément ( sauf pour ce qui est des impuretés ) étant du fer.
Il est bien connu que les conditions de coulée déterminent si une fonte donnée fournira un moulage blanc ou gris et, avec des teneurs en magnésium voisines du minimum indiqué plus haut, la fonte peut se solidifier à structure grise si les conditions de coulée ( c'est-à-dire l'utilisation de coquilles métalliques ) ne sont pas convenables. La présente invention se rapporte uniquement aux fontes qui, à la fois, ont la composition indiquée plus haut et qui, après coulée, présentent une cassure blanche.
La teneur en magnésium indiquée ci-dessus est celle qui se trouve réellement présente dans la pièce coulée, Si l'on ajoute du magnésium métallique au métal en fusion quand celui-ci est à la température de coulée, il se produit des réactions de violence explosive qui chassent le métal en fusion hors du four ou de la poche avec, pour résultat, une perte, à la fois, de métal fondu et de magnésium, sans que ce dernier se trouve introduit dans le bain. Mais on a constaté que le magnésium métallique peut être introduit directement dans les bains de fonte quand ceux-ci sont à l'état pâteux à une température légèrement supérieure seulement à celle du point de fusion.
Si l'on opère ainsi, il est nécessaire, après l'introduction du magnésium, d'élever la température du bain rapidement jusqu'à la température de coulée. Le siliciure de magné- sium se comporte sensiblement de la même manière que le magnésium.
En raison de ces difficultés, il est préférable d'ajouter le magné- sium au métal en fusion sous la forme d'un alliage avec le nickel.
<Desc/Clms Page number 3>
Des alliages binaires contenant de 4 à 20% de magnésium convien- nent. Des alliages ternaires contenant du carbone peuvent être utilisés également. Même dans ce cas, il faut tenir compte de la forte réactivité du magnésium. En fait des alliages contenant 10 % de magnésium brûlent brillamment lorsqu'on les place sur le métal en fusion. La quantité de magnésium dans les alliages d'addition réellement retenue dans la pièce coulée solidifiée dépend de la teneur de l'alliage en magnésium, de la température du bain auquel est ajouté le magnésium et de la composition dudit bain. Elle n' est jamais égale à la quantité de magnésium réellement ajoutée.
En plus du magnésium perdu par combustion ou volatilisation, une certaine partie du magnésium ajouté se trouve perdue par ré- action, en particulier avec le soufre. En conséquence, pour obte- nir avec certitude la présence du magnésium dans la pièce coulée, il faut ajouter une quantité suffisante de magnésium pour éliminer la plus grande partie du soufre par réaction, puis pour tenir compte de la quantité perdue d'autre manière et de la teneur en magnésium de la pièce coulée. On a constaté, à titre d'approxima- tion empirique, qu'une partie en poids du magnésium réellement introduit dans la fonte en fusion est dépensée pour chaque partie de soufre éliminée du bain.
Un autre facteur qui doit être pris en considération est la perte de magnésium si le métal fondu n'est pas coulé immédiatement après l'addition de magnésium. En général, on peut dire qu'une quantité de magnésium allant de 0,03 % à 0,06 % est perdue en dix minutes quand la fonte en fusion contenant du magnésium est main- tenue dans les poches à main telles que celles utilisées en fonde- rie. Des fontes blanches produites conformément à l'invention sont plus résistantes que les fontes semblables exemptes de magnésium, en particulier aux efforts de flexion. on peut citer comme exemple un bain contenant 3 % de carbone, 0,75 % de silicium, 0,2 % de manganèse et 0,02 % de soufre. Une partie du bain a été coulée sans autre addition.
Deux autres parties du même bain ont été
<Desc/Clms Page number 4>
coulées après incorporation d'une quantité suffisante de magné- sium pour que la teneur en magnésium retenue soit de 0,04 % et de 0,06 % respectivement dans les produits finaux solidifiés. Le magnésium a été introduit sous la forme d'alliage nickel-magné- sium-carbone contenant 11,9 % de magnésium et 2,8 % de carbone, le complément étant du nickel. Ces trois fontes étaient blanches brutes de coulée. Elles possédaient les propriétés indiquées dans le tableau I.
TABLEAU I :
EMI4.1
<tb> % <SEP> Mg. <SEP> Flèche <SEP> Charge <SEP> Choc <SEP> NB
<tb>
<tb>
<tb> Néant <SEP> 2,23 <SEP> 1898 <SEP> 2,21 <SEP> 371
<tb>
<tb> 0,04 <SEP> 2,33 <SEP> 2437 <SEP> 3,45 <SEP> 375
<tb>
<tb> 0,06 <SEP> 2,82 <SEP> 2740 <SEP> 3,87 <SEP> 415
<tb>
Flèche = flèche en mm. pour la charge maximum dans l'essai à la flexion.
Charge = charge à la flexion en kilogrammes appliquée au milieu entre des supports pour produire la rupture d'une éprou- vette de 30,5 mm. de diamètre sur une portée de 305 mm.
Choc = essai au choc ( Izod ) en kilogrammètres.
N. B. = nombre de dureté Brinell.
Dans un autre exemple, on a essayé deux fontes blanches dont l'une contenait 3 % de carbone, 0,75 % de silicium, 0,2 % de man- ganèse et 0,015 % de soufre, l'autre étant une fonte blanche com- parable qui contenait, en plus, 0,13 % de magnésium. Les proprié- tés observées étaient les suivantes :
EMI4.2
<tb> % <SEP> Mg. <SEP> Flèche <SEP> Charge <SEP> Choc
<tb>
<tb>
<tb> Néant <SEP> 2 <SEP> 2074 <SEP> 2,76
<tb>
<tb> 0,13 <SEP> 2,SI <SEP> 2486 <SEP> 3,73
<tb>
Dans ces fontes et dans toutes les autres fontes produites conformément à l'invention, le fer constitue le complément, c'est- à-dire qu'il forme la quantité nécessaire pour amener le total à 100 % après avoir tenu compte des impuretés.
Il doit être entendu
<Desc/Clms Page number 5>
qu'il y a dans toute fonte des impuretés inévitables, par exemple le soufre déjà mentionné et le phosphore. Il a été constaté que certains éléments présents parfois seulement en quantité si petite qu'ils constituent des impuretés agissent, dans des conditions qui ne sont pas clairement comprises, pour compenser l'effet avanta- geux du magnésium et on doit avoir soin qu'il n'existe dans la fonte tout au plus que des traces de ces éléments. Les éléments nuisibles sont l'étain, le plomb, l'antimoine, le bismuth, l'ar- senic, le sélénium et le tellure.
Bien que les fontes puissent ne contenir, en plus du magné- sium, que les éléments ( carbone, silicium et manganèse ) toujours présents dans la fonte blanche, l'amélioration des propriétés est particulièrement marquée lorsque le nickel est présent. Parmi les fontes au nickel, certaines à faible teneur en nickel sont parti- culièrement utiles. Elles contiennent de 0,75 à 2 % de nickel, de 2,5 à 3,3 % de carbone, de 0,5 à 2 % de silicium et plus de 0,04 % de magnésium; elles possèdent les propriétés moyennes élevées in- diquées ci-après lorsqu'on les essaye sur une portée de 305 mm.
Charge de rupture à la flexion 2536 kg.
Flèche 2,59 mm. quelques exemples de ces fontes et de leurs propriétés sont donnés dans les tableaux II et III. Toutes ces fontes ont été coup- lées en sable et ont été essayées à l'état brut de coulée.
TABLEAU II :
EMI5.1
<tb> No. <SEP> % <SEP> C. <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> S <SEP> % <SEP> Mg
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 2,8 <SEP> 0,8 <SEP> 0,8 <SEP> 0,8 <SEP> n.d. <SEP> 0,024
<tb>
<tb> 2 <SEP> 2,8 <SEP> 2,1 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 0,012 <SEP> 0,064
<tb>
<tb> 3 <SEP> 3,4 <SEP> 1,8 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 0,016 <SEP> 0,061
<tb>
<tb> 4 <SEP> 4,1 <SEP> 1,3 <SEP> 0,5 <SEP> 1,8 <SEP> 0,02 <SEP> 0,06
<tb>
n.d. = non déterminé.
<Desc/Clms Page number 6>
TABLEAU III :
EMI6.1
<tb> No. <SEP> Flèche <SEP> mm. <SEP> Charge <SEP> kg. <SEP> Choc <SEP> kg-m <SEP> NB
<tb>
<tb> 1 <SEP> 1,78 <SEP> 2260 <SEP> 2,35 <SEP> 490
<tb>
<tb> 2 <SEP> 2,64 <SEP> 2790---- <SEP> 444
<tb>
<tb> 3 <SEP> 3,52 <SEP> 3284 <SEP> 3,87 <SEP> 375
<tb>
<tb> 4 <SEP> 2,61 <SEP> 2659 <SEP> 3,59 <SEP> 418
<tb>
Les propriétés les plus remarquables appartiennent toutefois à certaines des fontes à teneur plus élevée en nickel. Ces fontes contiennent de 2,5 à 3,3 % de carbone, de 0,3 à 1,25 % de silicium, de 3, 5 à 5 % de nickel, de 0,4 à 0,9 % de manganèse et de 0,05 à 0,1 % de magnésium.
Ces fontes possèdent une bonne résistance à l'usure et à l'abrasion et elles sont dures, ce qui fait qu'elles peuvent être avantageusement coulées sous forme de plaques de gar- niture ou de boulets pour broyeurs et sous forme de rouleaux ou cylindres. Les propriétés améliorées que possèdent ces fontes blan- ches sont particulièrement remarquables lorsque les fontes sont coulées en sable. Les propriétés de ces fontes à teneur en nickel élevée sont comprises généralement entre les limites suivantes, la charge de rupture à la flexion et la flèche étant déterminées sur des éprouvettes d'essai coulées en sable de 30,5 mm. de diamè- tre essayées sur une portée de 305 mm.
Charge, kg. 2265 à 2718
Flèche, mm. 2, 28 à 2,80
Choc ( essai Izod ), kg-m 2,76 à 4,15
Nombre de dureté Brinell 550 à 715
Ces fontes blanches sont caractérisées par une microstruc- ture inhabituelle qui ne se retrouve pas dans d'autres fontes blan- ches ayant la même teneur en nickel, mais ne contenant pas de mag- nésium. La microstructure des fontes exemptes de magnésium montre habituellement des carbures massés disposés suivant un dessin den- dritique ou cellulaire. Mais, dans les fontes contenant du magné- sium, la microstructure est caractérisée par la présence de car- bures sous forme de lamelles ou de plaques et la phase carbure
<Desc/Clms Page number 7>
est discontinue. Le reste,'ou phase continue, est formé en grande partie de martensite.
En raison de cette variation possible de la microstructure dans toute la section transversale du moulage ou pièce coulée et de la production de la forme de graphite sensiblement sphéroïdale, comme on l'a décrit dans la demande de brevet français du 12 mars 1948 pour " Procédé de traitement thermique des fontes ". l'inven- tion se réfère aux moulages dans lesquels cette forme de graphite se trouve en un point quelconque de la section transversale, et cela dans la mesure indiquée.
L'invention trouve en conséquence une application particu- lièrement intéressante dans la fabrication de moulages tels, par exemple, que des plaques de garniture ou des rouleaux dont la par- tie superficielle est en fonte blanche, tandis que la partie cen- trale est en fonte grise très résistante et tenace.
Une caractéristique inhabituelle de ces fontes blanches martensitiques est que leur résistance et leur ténacité, lorsqu' elles sont coulées en sable, sont aussi bonnes ou, dans de nom- breux cas, même meilleures que celles obtenues lorsqutelles sont coulées en coquille. Par contre, des fontes blanches comparables exemptes de magnésium sont en général plus résistantes et plus tenaces lorsqu'elles sont coulées en coquille que lorsqu'elles sont coulées en sable. Cette différence peut résulter du fait que la structure discontinue en lamelles ou en plaques des carbures est particulièrement bien définie, ou est dominante, lorsque la fonte est coulée en sable.
On a donné dans les tableaux IV et V quelques exemples de ces fontes martensitiques et de leurs propriétés. Dans ces ta- bleaux, les fontes Nos 5 et 6 ont la même composition, mais tan- dis que la fonte No 5 a été coulée en sable, la fonte No 6 a été coulée en coquille dans un moule en fonte. Le No 7 également a été coulé en coquille. La fonte No 8 n'est pas une fonte obtenue conformément à l'invention et elle est donnée à titre de comparai-
<Desc/Clms Page number 8>
son. On voit que, dans sa composition, elle se rapproche étroite- ment des autres fontes, avec cette différence toutefois qu'elle contient du chrome à la place du magnésium comme agent blanchis- sant et que, par conséquent, elle n'a pas perdu de soufre par ré- action. La fonte No 8 a été coulée en sable.
TABLEE IV :
EMI8.1
<tb> No. <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> si <SEP> % <SEP> S <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Mg <SEP> Autres <SEP> métaux
<tb>
<tb> 5 <SEP> 3,3 <SEP> 0,4 <SEP> 0,009 <SEP> 4,5 <SEP> 0,4 <SEP> 0,07
<tb>
<tb> 6 <SEP> 3,3 <SEP> 0,4 <SEP> 0,009 <SEP> 4,5 <SEP> 0,4 <SEP> 0,07
<tb>
<tb> 7 <SEP> 3,3 <SEP> 0,6 <SEP> 0,02 <SEP> 4,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,08
<tb>
<tb> 8 <SEP> 3,3 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 4,5 <SEP> 0,5 <SEP> Néant <SEP> 1,5 <SEP> Cr
<tb>
TABLEAU V :
EMI8.2
<tb> No. <SEP> Charge <SEP> Flèche <SEP> Choc <SEP> NB
<tb>
<tb> 5 <SEP> 2890 <SEP> 2,36 <SEP> 3,45 <SEP> 600
<tb>
<tb> 6 <SEP> 23 <SEP> 64 <SEP> 1,95 <SEP> 3,18 <SEP> 605
<tb>
<tb> 7 <SEP> 2650 <SEP> 2,26 <SEP> 2,76 <SEP> 586
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1916 <SEP> 2,46 <SEP> 3,59 <SEP> 538
<tb>