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" P.Î3RF)i;CTIOl\TEiuB.:NTB il LA FABRICATION DE LA FONTE BLàï.'CHE"
La présente invention a trait à la fabrication de la fonte blanche sous une forme convenant spécialement pour le recuit subséquent.
Dans les fontes blanches telles qu'elles sont norma- lement fabriquées en vue d'un recuit (par exemple pour donner de la fonte malléable), toute la teneur en carbone est présente sous forme de carbure de fer (cémentite), qui donne à la fonte blanche sa. dureté et son caractère cassant. Dans le but de diminuer ce caractère cassant, on soumet habituellement la fonte blanche à un traitement thermique d'assez longue durée 20 à 200 heures) à des températures élevées (800-IOOO C) afin
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de décomposer la cémentite. Le carbone libéré pendant ce procédé de recuit apparaît sous forme de nodules de graphite distribués dans toutes les parties du métal.
La décomposition de la cémentite par la chaleur est facilitée par la présence de silicium, et les temps de recuit et/ ou les températures voisines des limites inférieures des échelles indiquées plus haut sont applicables à des fontes riches en silicium. Toute- fois, la fonte a d'autant plus tendance à être grise, au lieu d'être blanche, que sa teneur en silicium est plus élevée. Dans la fonte grise, le carbone est présent en totalité ou au moins en partie sous forme de graphite en paillettes, ce qui la rend impropre à la fabrication de la fonte malléable. Cependant, même les fontes riches en silicium donnent une fonte blanche en présence d'une proportion suffisante de cérium ou de tellure.
En ce qui concerne leur teneur en carbone, les fontes peuvent être eutectioues, hypereutectiques ou hypoeutectiques.La teneur en carbone d'un fer eutectique varie avec les teneurs en silicium et en phosphore et correspond avec une exactitude suffisante pour les besoins actuels à la formule :
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,0 = 4, 3 - ¯1 .' + Si) , dans laquelle C.P et Si sont les pourcentages de carbone, de phosphore et.; de silicium, respectivement. Si le pourcentage de carbone de la fonte est plus élevé que celui indiqué par cette formule, la fonte est hypereutectique, s'il est plus faible, elle est hypoeutectique.
La présente invention vise à produire une fonte blanche
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se prêtant $ un recuit facile..8l1e envisage en outre la produc- tion d'une telle fonte blanche à partir de fontes hypereutecti- ques. Un autre objet est d'obtenir une fonte blanche dans laquel
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le le carbone 1perel1GGciQue, lc'esc-à-dire l'excès de carbone sur la proportion eutectique) est présent sous forme de graphite nodulaire. D'ancrés objets seront mis er. évidence au
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cours de la description qui suit .
La Demanderesse a découvert que l'addition de cérium à une fonte hydrperutectique avant la coulée permet d'obtenir, à condibion que la fonte soit pauvre en soufre et en phosphore, une fonte de fer dans laquelle le carbone hydpertutectiqe est entièrement ou en majeure partie sous forme de graphite nodu- laire. Sa structure comprend une fine dispersion de nodules de graphite dans une fonte par ailleur blanche. La Demanderesse a découvert que la présence de ces nodules facilite grandement le recuit subséquent, la décomposition de la cémentite ayant lieu à des températures plus basses et/ou dans des temps plus courts que ceux qui avaient été trouvés nécessaires jusqu'à ce jour.
Conformément à l'invention, par conséquent, du ccrium est ajouté à une fonte hypereutectique qui une fois coulée conuient au plus 0,02% de soufre, moins de 0,5% de phosphore et au plus 7% de silicium, de façon qu'on obtienne une fonte blanche dans laquelle le carbone hypereutectique est entière- ment ou en majeure partie sous forme de graphite nodulaire.
Le cérium est un désulfurant puissant, mais des considérations économiques obligent à partir d'une fonte ini- tialement pauvre en soufre, c'est-à-dire d'éviter la nécessi- té d'une dépense en cérium coûteux pour réduire la teneur en soufre à la limite requise. Le sulfure de cérium susceptible d'Il, tre présent dans la fonte ne prend aucune part à la production du graphite nodulaire. Si la matière dont on part contient trop de soufre, il convient donc de la traiter préalablement par un .les désulfurants connus et moins onéreux.
La quantité de cérium à ajouter doit être suffisante pour donner une fonte blanche. Dans le cas de pièces dont la dimension de la section ce par quoi on entend par exem- ple le diamètre de la pièce dans sa portion la plus étroite)
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ne dépasse pas 25 mm, la présence de 0,02 à 0,08% de cérium dans la fonte donnera de bons résultats. Ceci est dû au fait que les plus petites sections se refroidissent plus rapidement; et un effet correspondant est obtenu par l'application d'un moule métallique pour moulage en coquille plutôt qu'un moule en sable.
Le refroidissement rapide de la pièce coulée permet aussi d'obtenir des moulages en fonte blanche à partir d'une fonte contenant les proportions supérieures ( jusqu'à la limi- te de 7%) de silicium.
La teneur en silicium peut être d'autant plus élevée, et la quantité de cériun nécessaire est d'autant moindre, que la dimension de la section est plus faible et que le taux de refroidissement est plus élevé.
On peut appliquer jusque 5 de cérium, si on le désire, quoique, en raison du coeur de ce métal et, ainsi qu'il sera expliqué ci-dessous, du temps plus long et/ ou des températures plus élevées qu'exige le recuit lorsqu'une forte proportion de cérium est présente, la Demanderesse préfère limiter cette proportion à 0,2% dans la fonte.
Le recuit de pièces coulées fabriquées conformément à l'invention demande beaucoup moins de temps que dans le cas de la fonte blanche ordinaire. La durée du chauffage variera selon la teneur en cérium et, comme déjà indiqué, selon la teneur en silicium. Des temps plus longs et/ ou des températu- res plus élevées sont nécessaires selon que la teneur en cérium est plus élevée et/ ou que la teneur en silicium est moindre.
Pour favoriser le dépôt du carbone hypereubectique sous forme de graphitequi se présente sous forme de nodules au lieu de paillettes on présence de cérium), il est avanta- geux d'ajouter un inoculant de la graphitation, tel que le ferro-silicium, le siliciure de calcium, le graphite lui-même
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ou des mélanges de deux quelconques de ces substances ou de toutes. Il convient que l'addition d'inoculant soit faite après l'addition du cérium et immédiatement avant la coulée du métal fondu. Ce traitement accroît le nombre des nodules hypereutectiques et, par suite, le taux de la graphitation subséquente. L'exposé de la nature de l'invention sera com- plété par un exemple dans lequel, comme d'ailleurs dans toute la description, les pourcentages sont exprimés en poids.
Exemple :
22,7 kg de fonte crue de la composition :
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<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 3,80 <SEP> %
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 2,69%
<tb>
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Llanganèse 0,86
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<tb> Soufre <SEP> 0,0e30 <SEP> %
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,045
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> reste
<tb>
ont été fondus dans un four à creuset. On a ajouté au métal
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d'abord 71 gr de mischmétall (mélange de métaux rares, y compris le cérium, résultant de la réduction des composés for- més dans l'industrie du thorium) puis 113 gr de ferro-sili- cium à 80%. Le métal a été coulé sous pression dans des moules en graphite froids, de façon qu'on obtienne des éprouvettes de 22.2mm de diamètre.
L'analyse de ces éprouvettes était la suivante :
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<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 3,56%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 2,96
<tb>
<tb> Laganèse <SEP> 0,80
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,0 <SEP> 17
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,0 <SEP> 44
<tb>
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iT'il'1 0,0 51
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<tb> Fer <SEP> le <SEP> reste
<tb>
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La micros jructurë de ces éprouvet ,.::es, telles que coulées consistait en nodules de graphite dispersés dans une matrice de fonte blanche.
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On a recuit ces éprouverues en les chauffant à 9500 C pendant 35 minubes et on les a laissé refroidir jusqu'à la température ambiante pendant 5 heures. La micros- trcture des éprouvettes recuises consistait en nodules de
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graphite uniformément distribués dans une matrice de ferrite.
Les propriétés mécaniques (moyenne de trois résultats très proches) étaient :
Charge de rupture 4000 kilos par cm2
Allongement à la rupture 6,5%
On voit que l'invention donne une fonte qui peut être recuite économiquement. Utile est applicable non seulement à la fabrication de la fonte malléable, mais aussi à celle des pièces moulées en matrices,ou sous pression, qui demandent à être soumises à un recuit. Pour la fonte malléable, on se sert habituellement de moules en sable et, par conséquent, il est préférable que la teneur en silicium soit plutôt faible qu'é- levée. En ce qui concerne les pièces moulées dans des matrices ou moules permanents (moulages en coquille), l'application de teneurs en silicium -plus élevées (jusqu'à 7% comme spécifié plus haut) ne présente pas (l'inconvénient.