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PERFECTIONNEMENTS AUX FONTES MALLEABLES CONTENANT DU MAGNESIUMo
Il est bien connu que l'on produit la fonte malléable à coeur noir par traitement thermique de la fon-te blanche et qu'elle a maintes propriétés désirables, la limite élastique étant comprise entre 15,75 et 40 kg/mm2, la charge de rupture entre 28,5 et 40 kg/mm2 et l'allongement entre 10 et 20 %, pourvu que la matrice soit entièrement ferritique et que la teneur en phosphore soit basseo Toutefois, comme il est essentiel que la fonte initiale soit com- plètement blanche, la gamme des compositions est limitée et l'épaisseur des moulages ne doit pas, en pratique, dépasser 5 cm.
En fait, dans le cas où l'on s'écarte des gammes assez étroites de compositions qui sont appropriées, ou dans le cas d'un refroidissement lent,9 le graphite primaire est précipité; ce graphite se présente sous forme de lamelles et on doit usiner légèrement le moulage. De plus,,, le traitement thermique de malléabilisation est usuellement long, à savoir 30 à 150 heures.
Conformément à la présente invention, on soumet de la fonte blan- che contenant de 0,03 à 0,50 % de magnésium à un traitement thermique de mallé- abilisationo On a constaté que cette opération décompose les carbures massifs de la fonte en fer et en graphite sphéroidal.
Par "graphite spéroïdal", on en- tend un graphite se présentant sous forme de particules sphéroldales uniformé- ment réparties ayant un aspect rayonnant et polycristallin, ce qui le différen- cie de la forme irrégulière et d'apparence duveteuse du graphite que l'on trou- ve dans la fonte malléable à coeur noir ordinaire, ce graphite étant un agré- gat de fines lamelles de graphitée On peut distingueur nettement le graphite sphéroïdal des autres formes de graphite en ce que., quand on l'examine à la lumière polarisée à travers un microscope pourvu de polariseurs croisés,
des zones successives des particules sphéroldales s'éteignent lorsque l'on fait tourner la platine du microscope.
La fonte malléable obtenue conformément à l'invention possède une combinaison remarquable de propriétés. En particulier, pour les mêmes valeurs d'allongement, les limites élastiques et les charges de rupture à la traction de la fonte obtenue conformément à l'invention sont plus grandes que celles
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de la fonte malléable à coeur noir normale.
Ainsi, pourvu que la matrice soit encore entièrement ferritique et que la teneur en phosphore soit basse, l' allon gement étant compris entre 10 et 20 %, la limite élastique est comprise dans
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l'intervalle de 235 à 40 kg/mm2 (en général, 3le5 kg/mm2 environ) et la charge de rupture est comprise dans l'intervalle de 35 a 52 kg/mm2 (généralement 44 kg/mm2 environ). La comparaison de ces chiffres avec ceux donnés ci-dessus qui sont les chiffres moyens obtenus sur les fontes malléables à coeur noir que l'on peut obtenir avec un même allongement pleinement satisfaisante montre immédiatement des limites élastiques et des charges de rupture sensiblement plus élevées.
Cette combinaison de propriétés est une caractéristique des pro- duits conformes à l'invention, grâce à quoi on peut obtenir une fonte malléable qui est, en réalité, un matériau de structure nouvelle
Un autre avantage réside dans le fait que l'on n'a plus de limita- tion dans la dimension des moulages.
On a fait antérieurement des propositions pour traiter la fonte en fusion avec du magnésium. Le magnésium est un élément hautement réactif et on doit prendre des précautions spéciales si l'on veut qu'il en reste une certaine quantité dans la fonte brute de coulée. A moins qu'il n'y ait au moins 0,03 % de magnésium dans la fonte brute de coulée, on ne peut pas obte-
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nir une forme sphêroidale du graphite par traitement thermique. Par exemple, on a constaté qu'un moulage en fonte blanche exempt de magnésium contenant 2,8 % de carbone, 0,8 % de silicium et 1% de nickel, ainsi qu'un moulage simi- laire contenant en outre 0,016% de magnésium retenu contiennent du graphite sous forme d'agrégats de lamelles, après avoir été traités à 925 C .
D'autre
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part, dans un moulage similaire renfermant environ 007 % de magnésium retenu, le graphite est sous forme sphéroidale après le même traitement thermique de malléabilisation.
On peut ajouter le magnésium à la fonte en fusion sous forme d'al- liage, c'est-à-dire avec du nickel ou du cuivre. De préférence., on introduit le magnésium sous forme d'un alliage dont la densité approche celle du bain en fusion ou la dépasse, étant donné que plus la densité est grande, plus dans un ensemble donné de conditions, la proportion de magnésium retenue dans le métal est élevéeo Des alliages nickel-magnésium contenant de 4 à 20 % de magné- sium et des alliages nickel-magnésium-carbone contenant de 12 à 15 % de magnésium et de 1,3 à 2,5 % de carbone donnent des résultats satisfaisants. En général, plus la concentration en magnésium dans l'agent d'addition est grande,, plus la proportion de magnésium effectivement introduite dans la coulée est faible.
Plus la température de la coulée au moment de l'introduction du magnésium, soit sous forme d'alliage, soit sous une autre forme, est faible, plus la proportion du magnésium retenu est grande.
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A titre d'exemple de l'addition de magnésium sous forme d'a1Jiage, un alliage comprenant 3315 % de magnésium, le complément étant du nickel., est concassé en morceaux d'un calibre de 9 mm environ et est ajouté à la surface d'une fonte en fusion contenant 3,,3 % de carbone, 1,5 % de silicium, 0, JD % de soufre et 0,02' de phosphore, à une température de 10370 C. La quantité d'alliage ajoutée est de 1,63 % en poids par rapport au métal en fusion et la quantité de magnésium présente dans le moulage de fonte blanche résultante est
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de 05069 %.
A titre d'autre exemple, un alliage renfermant 19 % de magnésium et 81 % de nickel est concassé de manière similaire et plongé au-dessous de la surface d'une fonte en fusion contenant 3,4 % de carbone, 1,7 % de silicium
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OeO3 % de soufre et 0,0'T de phosphore, à une température de 10465 Co La quantité d'alliage ajouté représente 1,7 % en poids du métal en fusion et la
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quantité de magnésium dans le moulage en fonte blanche résultante est de 008%o Le magnésium réagit particulièrement avec le soufre et un moulage
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contenant au moins o,03 % de magnésium est caractérisé par une très basse te- neur en soufre, c'est-à-dire 002 % de soufre ou moins. Ceci est plus claire- ment illustré par les résultats donnés par certains essais.
Dans ces essais,
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on est parti de fonte liquide renfermant 3 % de carbone, 0.,5 % de silicium, 095 % de manganèse et 0, la. de soufre et on forme un premier moulage à partir de cette fonte sans autre traitement ultérieur. Cette fonte présente une cas-
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sure blanche lorsqu'elle est brute de coulée. On fait un second moulage en traitant une partie de. la fonte liquide avec une petite quantité de magnésium; il présente à l'état brut de coulée une cassure blanche et contient 0,087% de soufre et 0,012% de magnésium. On traite une troisième partie de la coulée avec une quantité de magnésium légèrement plus grande; le moulage présente une cassure traitée brute de coulée et contient 0,036% de soufre et 0,025 % de ma- gnésium.
On traite une quatrième partie de la coulée avec assez de magnésium pour obtenir une teneur .en magnésium retenu de 0,036 %, la teneur en soufre étant réduite à 0,018 %. On soumet ces quatre moulages de fonte au même trai- tement de malléabilisation à température élevée. On constate que après ce traitement,, le graphite des trois premiers moulages est sous forme de lamelles, tandis que dans le quatrième moulage, il se présente sous forme sphéroldale.
Lorsque l'on produit une fonte blanche destinée à être traitée ther- miquement conformément à l'inventions il n'est pas essentiel d'utiliser une fonte liquide ayant une composition telle queà l'état non traité, elle four- nisse un moulage blanc, parce que le magnésium qui est ajouté a une tendance énergique à donner de la fonte blanche. Il est possible par suite, d'uti'liser des fontes blanches - ayant des compositions de base qui pourraient être des fontes grises à l'état brut de coulée, si elles étaient coulées sans y retenir de magnésium - et d'obtenir cependant des fontes malléables très satisfaisantes contenant du graphite sphéroïdal.
En réalité, même lorsqu'une certaine quanti- té de graphite se trouve présente dans la fonte blanche, contenant surtout du magnésium tel qu'il est décrit dans l'invention, ce graphite se présente sous la forme sphéroïdale, il n'affecte pas d'une manière nuisible les propriétés de la fonte traitée thermiquement et, en fait, il est avantageux.
Cette carac- téristique permet d'utiliser l'inoculation, aussi bien que des compositions ayant de fortes tendances à la graphitisation dans la production du moulage blanc initial en fonte blanche que l'on -se propose de malléabiliser. Le terme "fonte blanche" doit être entendu ici comme comprenant une fonte qui est blan- che de manière prédominante et sui comprend une bertaine quantité de graphite sphéroidalo
Par suite du fait que le métal en fusion n'a pas besoin de fournir un moulage complètement blanc, la fonte de base peut contenir de plus grandes quantités de carbone et de silicium (qui sont des éléments de graphitisation) que les moulages utilisés pour produire la fonte malléable ordinaire à coeur noir.
Les avantages consistent en ce que l'on obtient une meilleure fluidité et une meilleure coulabilité à l'état de fusion et que l'on peut produire les fontes de base à partir d'une plus grande variété de matières brutes et avec moins d'exigences pour contrôler étroitement les teneurs en carbone et en sili- ciumo De plus, en raison de l'effet blanchissant du magnésium, les moulages peuvent contenir de plus grandes quantités ,d'éléments ou d'alliages graphiti- sants tels que le nickel et le cuivre que celles qu'il était possible d'intro- duire dans la fonte malléable ordinaire. Ceci donne la possibilité d'augmenter la résistance à la rupture et à la corrosion de la fonte malléable.
Quand-la donte en fusion fournit un moulage gris, sans addition de magnésium ou quand on obtient des moulages de section supérieure à 5 cm., on doit ajouter assez de magnésium pour assurer une teneur en magnésium retenu supérieure à OyO3 %, de préférence de 0,05 % au moinso Dans de tels moulages, il est préférable de donner au magnésium une teneur comprise entre 0,06 % et 0,15 %. Bien que la teneur en magnésium puisse être aussi élevée que 0,05 %, de préférence elle ne doit pas dépasser 0,2 %.
Le fait que l'on peut utiliser une fonte de base qui aurait une structure grise est d'une importance pratique dans les fonderies dans lesque-1- les on exécute également des moulages en fonte malléable et des moulages en fonte grise, étant donné qu'il devient inutile de produire une coulée qui serait de structure blanche, en vue de la malléabilisation ultérieure. Au contraire, on peut utiliser une composition de base normale, à la fois pour les moulages en fonte malléable et les moulages en fonte grise et on peut leur donner une structure blanche pour les moulages malléables par addition de magnésium.
En général, une fonte blanche qui doit être traitée conformément à l'invention contient, en plus du magnésium, de 1,8 à 4 % de carbone., de 0,4
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à 4% de silicium, de 0 à 3,5 % de nickel, de 0 à 2% de cuivre et de 0 à 2% de manganèse, le complément étant constitué par du fer et des impuretés. Les fontes ayant de faibles teneurs en manganèse, c'est-à-dire des teneurs inférieu- res à 0,3 %, sont caractérisées par une vitesse de malléabilisation plus grande que celle des fontes similaires qui contiennent davantage de manganèse.
Les fontes blanches que l'on peut malléabiliser rapidement et qui possèdent une excellente combinaison de propriétés sont celles renfermant de 0,05 à 0,20 % de manganèse, de 2,5 à 3,5 % de crarbone, de 0,4 à 2,6 % de silicium et de 0,04 à 0,15 % de magnésium. Le phosphore affecte de manière nuisible la ductilité de la fonte malléable et sa teneur est, de préférence, maintenue au-dessous de 0,12 %, mais il ne gêne pas la formation de graphite sphéroïdal pendant le traitement thermique.
Certains autres éléments que l'on ne trouve pas d'ordi- naire dans la fonte sont nuisibles et doivent être élimines. Ces éléments nui- sibles sont l'étain, le plomb, l'arsenic, le bismuth, l'antimoine et le tellure.
L'étain est particulièrement nuisible et ne doit pas être présent en quantités supérieures à 0,05 %. Des éléments stabilisants ou ayant tendance à donner de la fonte blanche, tels que le chrome, doivent être évités ou ne doivent être présents qu'en faibles quantités, par exemple la teneur en chrome ne doit pas, de préférence, dépasser 0,15 %.
La teneur du carbone combiné à la fonte malléable produite confor- mément à la présente invention et possédant une matrice principalement ferri- tique est usuellement basse, c'est-à-dire en dessous de 0,2 %; quoique la teneur en carbone combiné dans les moulages ayant une matrice principalement perliti- que soit plus élevée, par exemple de 0,5 % à 1 %. De préférence, presque tout le carbone ou graphite non combiné est sous forme sphéroïdale, quoique l'on obtienne des résultats intéressants même si une seule partie, à savoir 25 %, du graphite, est sphéroïdale.
On conduit le traitement thermique appliqué aux moulages en fonte blanche aux températures habituelles de malléabilisation, mais, en général, on l'effectue en beaucoup moins de temps que lorsque l'on produit de la fonte malléable à coeur noir ordinaire. Pour produire une fonte malléable présentant une matrice ferritique, le traitement peut comprendre un chauffage à une tem- pérature comprise entre 840 et 980 C., de préférence entre 900 et 925 C. pen- dant 5 à 15 heures, puis un chauffage à une température inférieure à la tempé- rature de transformation gamma-alpha mais de préférence pas inférieure de plus de 45 C. à cette température de transformation pendant une plus courte période, à savoir 2 à 5 heures.
Les températures normalement utilisées dans le second chauffage sont comprises entre 690 et 710 C. Quand on désire obtenir de la fon- te malléable ayant une matrice essentiellement perlitique, on supprime le se- cond traitement à température de l'ordre de 700 C.
Par exemple, on fond de la fonte contenant 3 % de carbone, 0,4 % de silicium, 0,014 % de phosphore, 0,07 % de manganèse et 0,04 % de soufre..
On coule une partie de la fonte en fusion et on la traite avec du magnésium, par exemple un alliage nickel-magnésium contenant 87% de nickel et 13% de ma- gnésium, sans inoculation sous forme d'une barre de fonte blanche et dure con- tenant environ 0,06 % de. magnésium retenu et qui est sensiblement exempte de carbone non combiné. On coule une autre partie de la fonte en fusion sans addition de magnésium sous forme d'une barre en fonte blanche dure. On chauffe ces deux barres pendant 10 heures environ à 925 C. environ et on les refroidit à l'air. Le carbone non combiné contenu dans la barre renfermant du magnésium que l'on a traitée thermiquement se présente sous forme de sphéroïdes denses dispersés dans une matrice perlitique-' presque tous les carbures massifs ayant été décomposés par le traitement thermique.
La dureté Brinell de cette barre est de 279. D'autre part, dans la barre exempte de magnésium traitée thermi- quement, seule une petite portion des carbures massifs présents initialement dans la barre exempte de magnésium a été décomposée en carbone non combiné, sous une forme irrégulière, duveteuse, agglomérée en lamelles réparties dans une matrice de perlite et de carbure. La dureté Brinell de cette barre est de 393.
A titre d'autre exemple, on fond la fonte contenant 2,4 % de car- bone, 0,65 % de silicium, 0,24 % de manganèse et 0,03 % de soufre. On coule
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une partie du métal en fusion sans traitement ultérieur, le moulage est blanc et a une dureté Brinell de 387. On ajoute suffisamment de magnésium à une au- tre partie de la coulée pour obtenir une teneur en magnésium restant dans la fonte de 0,05 % dans un moulage que l'on obtient, et ce moulage a une dureté Brinell de 428. On soumet ensuite les deux moulages à un traitement thermique comprenant un chauffage à environ 950 0. pendant 5 heures, un refroidissement au four à 690 C.environ et un chauffage à cette température pendant 5 herures, suivi d'un refroidissement à l'air à la température atmosphérique.
Après ce traitement thermique, le moulage exempt de magnésium a une dureté Brinell de 207 environ et le graphite qui y est contenu est sous forme d' aggrégat de la- melles. Le moulage contenant du magnésium, après le traitement thermique a une dureté Brinell de 157, mais une charge de rupture de 44 kg/mm2 et une fonte malléable ferritique comportant du graphite sous forme sphéroidale.
Etant donné que les quantités de magnésium en question sont très f aibles, des procédés différents d'analyse peuvent donner facilement des résul- tats différents et il est désirable, par conséquent, de signaler que les chif- fres donnés dans la description sont obtenus par le procédé suivant :
On fait dissoudre l'échantillon dans un mélange d'acide perchlori- que et d'acide nitrique. On fait évaporer jusqu'à production de fumées, on dilue et on filtre. On sépare la majeure partie du fer du filtrat par électro- lyse dans une cellule à cathode de mercure, en laissant assez de fer pour for- mer une combinaison avec le phosphore présent. On rend la solution ammoniacale, on ajoute du persulfate d'ammonium, on fait bouillir et on filtre.
On fait précipiter le magnésium dans le filtrat avec du phosphate di-ammonique, de la manière habituelle, on le filtre, on le calcine et on le pèse sous forme de Mg2P2O7.
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IMPROVEMENTS TO MALLEABLES CASTERS CONTAINING MAGNESIUM
It is well known that black-core malleable iron is produced by heat treatment of white cast iron and that it has many desirable properties, the yield point being between 15.75 and 40 kg / mm2, the load breaking strength between 28.5 and 40 kg / mm2 and elongation between 10 and 20%, provided that the matrix is completely ferritic and the phosphorus content is low. However, as it is essential that the initial melt is completely white, the range of compositions is limited and the thickness of the moldings should not, in practice, exceed 5 cm.
In fact, in the case of deviating from the fairly narrow ranges of compositions which are suitable, or in the case of slow cooling, the primary graphite is precipitated; this graphite is in the form of strips and the molding must be machined lightly. In addition, the heat treatment for malleability is usually long, namely 30 to 150 hours.
In accordance with the present invention, white cast iron containing 0.03 to 0.50% magnesium is subjected to a heat treatment of malleability. This operation has been found to decompose the solid carbides of the cast iron into iron and in spheroidal graphite.
By "spheroidal graphite" is meant a graphite in the form of evenly distributed spheroidal particles having a radiating and polycrystalline appearance, which differentiates it from the irregular shape and fluffy appearance of graphite. we find in ordinary black-core malleable cast iron, this graphite being an aggregate of fine flakes of graphite. Spheroidal graphite can be clearly distinguished from other forms of graphite in that., when examined in the light polarized through a microscope fitted with crossed polarizers,
successive areas of the spheroidal particles extinguish when the microscope stage is rotated.
The malleable iron obtained in accordance with the invention has a remarkable combination of properties. In particular, for the same values of elongation, the elastic limits and the tensile breaking loads of the cast iron obtained according to the invention are greater than those
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normal black core malleable cast iron.
Thus, provided that the matrix is still entirely ferritic and that the phosphorus content is low, the elongation being between 10 and 20%, the elastic limit is included in.
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the range of 235 to 40 kg / mm2 (generally about 315 kg / mm2) and the breaking load is in the range of 35 to 52 kg / mm2 (generally about 44 kg / mm2). The comparison of these figures with those given above which are the average figures obtained on malleable cast irons with a black core which can be obtained with the same fully satisfactory elongation immediately shows elastic limits and significantly higher breaking loads.
This combination of properties is a characteristic of the products according to the invention, whereby a malleable cast iron can be obtained which is, in fact, a material of new structure.
Another advantage lies in the fact that there is no longer any limitation in the size of the moldings.
Previous proposals have been made to treat molten iron with magnesium. Magnesium is a highly reactive element and special care must be taken if any amount is to remain in the pig iron. Unless there is at least 0.03% magnesium in the pig iron, one cannot obtain
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nish a spheroidal shape of the graphite by heat treatment. For example, it has been found that a white magnesium-free cast iron casting containing 2.8% carbon, 0.8% silicon and 1% nickel, as well as a similar casting additionally containing 0.016% carbon. retained magnesium contain graphite in the form of aggregate lamellae, after being treated to 925 C.
Else
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On the other hand, in a similar molding containing about 007% of retained magnesium, the graphite is in spheroidal form after the same heat treatment of malleability.
Magnesium can be added to the molten iron as an alloy, ie with nickel or copper. Preferably, the magnesium is introduced in the form of an alloy the density of which approaches or exceeds that of the molten bath, since the greater the density, the greater, under a given set of conditions, the proportion of magnesium retained in the metal is high o Nickel-magnesium alloys containing 4 to 20% magnesium and nickel-magnesium-carbon alloys containing 12 to 15% magnesium and 1.3 to 2.5% carbon give results satisfactory. In general, the greater the concentration of magnesium in the additive, the lower the proportion of magnesium actually introduced into the melt.
The lower the temperature of the casting when the magnesium is introduced, either in the form of an alloy or in another form, the greater the proportion of the magnesium retained.
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As an example of the addition of magnesium in the form of alloy, an alloy comprising 3315% of magnesium, the remainder being nickel., Is crushed into pieces of a caliber of about 9 mm and is added to the surface. of a molten iron containing 3.3% carbon, 1.5% silicon, 0.1% sulfur and 0.02 'phosphorus, at a temperature of 10370 C. The amount of alloy added is of 1.63% by weight based on the molten metal and the amount of magnesium present in the resulting white iron casting is
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by 05069%.
As another example, an alloy containing 19% magnesium and 81% nickel is similarly crushed and dipped below the surface of a molten iron containing 3.4% carbon, 1.7%. silicon
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OeO3% sulfur and 0.0'T phosphorus, at a temperature of 10465 Co The amount of alloy added represents 1.7% by weight of the molten metal and the
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amount of magnesium in the resulting white cast iron casting is 008% o Magnesium reacts particularly with sulfur and a cast
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containing at least 0.03% magnesium is characterized by a very low sulfur content, ie 002% sulfur or less. This is more clearly illustrated by the results given by certain tests.
In these trials,
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we started with liquid cast iron containing 3% carbon, 0.5% silicon, 095% manganese and 0, 1a. sulfur and a first casting is formed from this iron without further processing. This font has a case-
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sour white when rough cast. We make a second molding by treating part of. liquid iron with a small amount of magnesium; it shows a white break in the as-cast state and contains 0.087% sulfur and 0.012% magnesium. A third part of the casting is treated with a slightly larger quantity of magnesium; the molding exhibits a treated fracture as cast and contains 0.036% sulfur and 0.025% magnesium.
A fourth part of the melt is treated with enough magnesium to obtain a retained magnesium content of 0.036%, the sulfur content being reduced to 0.018%. These four castings are subjected to the same high temperature malleability treatment. It can be seen that after this treatment, the graphite of the first three moldings is in the form of lamellae, while in the fourth molding, it is in spherical form.
When producing a white cast iron to be heat treated in accordance with the inventions it is not essential to use a liquid cast iron having a composition such that in the untreated state it provides a white cast. , because the magnesium which is added has a strong tendency to give white melt. It is therefore possible to use white cast irons - having basic compositions which could be gray cast irons in the as-cast state, if they were cast without retaining magnesium therein - and yet obtain Very satisfactory malleable cast irons containing spheroidal graphite.
In reality, even when a certain quantity of graphite is present in the white cast iron, containing mainly magnesium as described in the invention, this graphite is present in the spheroidal form, it does not affect adversely affects the properties of heat treated cast iron and, in fact, it is advantageous.
This feature allows inoculation, as well as compositions having strong graphitization tendencies to be used in the production of the initial white cast of white cast iron which is proposed to be malleable. The term "white cast iron" is to be understood herein as including a cast iron which is predominantly white and which comprises a certain amount of spheroidal graphite.
Because the molten metal does not need to provide a completely white cast, the base iron may contain greater amounts of carbon and silicon (which are graphitizing elements) than the castings used to produce. ordinary malleable iron with a black core.
The advantages are that better fluidity and better melt flowability are obtained and that the base irons can be produced from a greater variety of raw materials and with less waste. requirements for tight control of carbon and silicon contents In addition, due to the whitening effect of magnesium, castings may contain larger amounts of graphitizing elements or alloys such as nickel and copper than those which could be introduced into ordinary malleable iron. This gives the possibility of increasing the breaking and corrosion resistance of malleable iron.
When the molten material provides a gray cast, without the addition of magnesium or when castings with a section greater than 5 cm are obtained, enough magnesium must be added to ensure a retained magnesium content greater than OyO3%, preferably of At least 0.05% In such castings, it is preferable to give the magnesium a content of between 0.06% and 0.15%. Although the magnesium content can be as high as 0.05%, preferably it should not exceed 0.2%.
The fact that one can use a base cast iron which would have a gray structure is of practical importance in foundries where malleable castings and gray castings are also made, since 'it becomes unnecessary to produce a casting which would be of white structure, with a view to subsequent malleability. On the contrary, a normal base composition can be used, both for malleable iron castings and gray iron castings, and they can be given a white structure for malleable castings by addition of magnesium.
In general, a white cast iron which is to be treated in accordance with the invention contains, in addition to magnesium, from 1.8 to 4% carbon., From 0.4
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4% silicon, 0 to 3.5% nickel, 0 to 2% copper and 0 to 2% manganese, the remainder being iron and impurities. Cast irons with low manganese contents, that is, contents less than 0.3%, are characterized by a greater rate of malleability than similar cast irons which contain more manganese.
White cast irons which are quickly malleable and which have an excellent combination of properties are those containing 0.05-0.20% manganese, 2.5-3.5% crarbon, 0.4- 2.6% silicon and 0.04 to 0.15% magnesium. Phosphorus adversely affects the ductility of malleable iron and its content is preferably kept below 0.12%, but it does not interfere with the formation of spheroidal graphite during heat treatment.
Some other elements that are not normally found in cast iron are harmful and should be removed. These harmful elements are tin, lead, arsenic, bismuth, antimony and tellurium.
Tin is particularly harmful and should not be present in amounts greater than 0.05%. Elements which stabilize or tend to give white cast iron, such as chromium, should be avoided or should only be present in small quantities, for example the chromium content should preferably not exceed 0.15% .
The content of carbon combined with malleable iron produced in accordance with the present invention and having a predominantly ferric matrix is usually low, i.e., below 0.2%; although the content of combined carbon in moldings having a predominantly pearlite matrix is higher, for example from 0.5% to 1%. Preferably, almost all of the uncombined carbon or graphite is in spheroidal form, although good results are obtained even if only a part, i.e. 25%, of the graphite is spheroidal.
The heat treatment applied to white iron castings is carried out at the usual malleability temperatures, but in general it is done in much less time than when producing ordinary black core malleable iron. To produce a malleable iron having a ferritic matrix, the treatment may include heating to a temperature between 840 and 980 C., preferably between 900 and 925 C. for 5 to 15 hours, followed by heating to a temperature of between 840 and 980 C. temperature below the gamma-alpha transformation temperature but preferably not more than 45 ° C lower than this transformation temperature for a shorter period, namely 2 to 5 hours.
The temperatures normally used in the second heating are between 690 and 710 C. When it is desired to obtain a malleable melt having an essentially pearlitic matrix, the second treatment at a temperature of the order of 700 C. is omitted.
For example, cast iron containing 3% carbon, 0.4% silicon, 0.014% phosphorus, 0.07% manganese and 0.04% sulfur is melted.
Part of the molten iron is cast and treated with magnesium, for example a nickel-magnesium alloy containing 87% nickel and 13% magnesium, without inoculation in the form of a hard white cast iron bar. containing about 0.06% of. retained magnesium which is substantially free of uncombined carbon. Another part of the molten iron is cast without the addition of magnesium in the form of a hard white iron bar. These two bars were heated for about 10 hours at about 925 ° C. and cooled in air. The uncombined carbon contained in the heat-treated magnesium-containing bar occurs as dense spheroids dispersed in a pearlitic matrix - almost all of the solid carbides having been broken down by the heat treatment.
The Brinell hardness of this bar is 279. On the other hand, in the heat-treated magnesium-free bar, only a small portion of the solid carbides initially present in the magnesium-free bar was broken down into uncombined carbon, under an irregular, fluffy shape, agglomerated in lamellae distributed in a matrix of perlite and carbide. The Brinell hardness of this bar is 393.
As another example, pig iron containing 2.4% carbon, 0.65% silicon, 0.24% manganese and 0.03% sulfur is melted. We sink
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part of the molten metal without further processing, the cast is white and has a Brinell hardness of 387. Sufficient magnesium is added to another part of the melt to achieve a magnesium content remaining in the cast of 0.05 % in a resulting molding, and this molding has a Brinell hardness of 428. The two moldings are then subjected to a heat treatment comprising heating at about 950 ° C. for 5 hours, cooling in an oven at 690 ° C. about and heating at this temperature for 5 hours, followed by cooling in air to atmospheric temperature.
After this heat treatment, the magnesium-free molding has a Brinell hardness of about 207 and the graphite contained therein is in the form of aggregate of lamellae. The casting containing magnesium, after heat treatment has a Brinell hardness of 157, but a breaking load of 44 kg / mm2 and a malleable ferritic cast iron having graphite in spheroidal form.
Since the quantities of magnesium in question are very low, different methods of analysis can easily give different results and it is desirable, therefore, to point out that the figures given in the description are obtained by the following process:
The sample is dissolved in a mixture of perchloric acid and nitric acid. Evaporate until fumes are produced, dilute and filter. Most of the iron is separated from the filtrate by electrolysis in a mercury cathode cell, leaving enough iron to combine with the phosphorus present. Make the solution ammoniacal, add ammonium persulfate, boil and filter.
The magnesium is precipitated from the filtrate with di-ammonium phosphate in the usual manner, filtered, calcined and weighed as Mg2P2O7.