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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A L'ADDITION DE MAGNESIUM, AU FER EN
FUSION.
On sait que l'addition de magnésium élémentaire au fer en fu- sion mène à une réaction très violente et que tout presque tout le magné- sium est perdu. Si le magnésium est ajouté sous forme d'un alliage, par exemple avec du nickel, il y a encore une réaction et, pour'un type donné d'alliage,la violence de cette réaction augmente avec la teneur en magné- sium de l'alliage,
Or, pour les raisons expliquées dans la spécification du brevet belge n 481.349, la production de fonte contenant du graphite sous forme sphéroidale, résultant de la présence du magnésium, est très avantageuse et,. en pratique, le magnésium est, actuellement, communément ajouté sous forme d'un alliage contenant de 14 à 16% de magnésium.
La violence de la réaction, lorsque cet alliage est utilisée n'est pas suffisante pour en empêcher l' usage mais elle est suffisante pour obliger à prendre des précautions spé- ciales et pour mener à la perte d'une importante proportion du magnésium contenu dans l'alliage d'addition.
De plus, le fait que la teneur en magnésium de l'alliage d' addition est faible signifie que la quantité totale d'alliage qui doit être ajou- tée est forte, si bien que le fer en fusion est refroidi dans une certaine mesure et qu'une quantité indésirable du ou des métaux avec lesquels le magnésium est allié peut être introduite dans l'alliage.
Suivant cette invention, tout le magnésium ou la plus grande partie de celui-ci est ajoute sous forme de magnésium nitruré ou d'un allia- ge au magnésium nitrure..
On a constaté que la violence de la réaction était alors réduite.
La nitruration peut être effectuée par chauffage du magnésium ou des alliages au magnésium dans une atmosphère d'azote exempt d'oxygène ou dans de l'ammoniaque.
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Un traitement type implique le chauffage pendant 48 heures,, à une tempéra-
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ture de 590 Co9 dans une atmosphère d'ammoniaque. Pour faciliter la nitru- ration, l'alliage ainsi traité se trouve de préférencep sous forme de pe- tits morceaux9 par exemple tels qu'ils passent à travers un tamis de 10 mailles par pouce linéaire (4 mailles par centimètre linéaire).
Le fait dé savoir si, en réalité, tout le magnésium ou une partie seulement de celui-ci est transformé en nitrure de magnésium ou si l'azote est pris par l'alliage sous toute autre forme est incertain mais il est loisible de considérer le magriésium ou l'alliage comme nitruré.
La raison pour laquelle le magnésium peut plus facilement être introduit dans le fer en fusion grâce à l'invention est également in- déterminée mais il apparaît que, vraisemblablement, dans la matière ajou- tée au fer, le magnésium est présent sous la forme d'un composé stable jusqu'à une température élevée et qu'il se dissocie lentement pour former des gaz ou des vapeurs sans fondre.
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Par conséquent, il n'y ag semble-t-ilp aucun dégagement violent de vapeur de magnésium du magnésium liquide mais,,, au lieu de cela,la vapeur est ab- sorbée par le produit en fusion.,, comme le composé se dissocie.
La composition des alliages nitrurés peut varier dans une large mesure; par exemple, un alliage contenant 56% de magnésium et 44% de nickel peut être nitruré pour fournir un excellent agent d'addition.
Un tel alliage nitruré, lorsqu'il est introduit dans le fer en fusion, produit une réaction qui n'est pas plus violente que celle d'un alliage non nitruré contenant 14% de magnésium et 86% de nickel.
On peut citer, comme autres alliages pouvant être nitrurés et ensuite utilisés conformément à l'inventions les alliages de nickel-
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fer-magnésium de cuivre-magnésium, de cuivre-fer-magnésium,, de nickel- silicium magnésium, de fersilicium magnésium, de fersilicium magnésium- calcium et de magnésium-silicium.
Les matières nitrurées utilisées selon l'invention sont, de préférencesous forme pulvérulente.
Le magnésium nitrure ou l'alliage nitruré peuvent également être utilisés sous forme de briquettes, avec d'autres matières, par exem- ple du fer, du nickel, du ferro-silicium et du carbone,, unies à un agent liant.
Ceci peut être avantageux si la matière nitrurée est de faible densité, puisque la densité de la briquette s'en trouve élevée et qu'il est., @
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:, pour cette raison plus facile de 1 introduire..' dans le fer en fusion.
Selon un exemple d'application de l'invention, un alliage con-
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tenant environ 66% de magnésium et z de nickel fut nitruré à 590 C., en contact avec de l'azote à l'état naissant,, obtenu de la dissociation de.111 ammoniaque. Si un échantillon du produit nitruré était humidifié,, de for- tes vapeurs d'ammoniaque se produisaient, indiquant la présence d'azote sus- ceptible d'être libéré, dans le produit.
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On prépara une fonte contenant environ 005% de soufre et on ajouta à une partie de cette fonte environ 1,3% de l'alliage non nitruré composé de 66% de nickel et de 34% de magnésium.
Une addition semblable de produit nitruré fut faite à une autre partie du même produit fondu.
L'agent non nitruré réagit violemment lorsquil fut ajouté à la fonte, tandis que l'agent nitruré réagit de façon beaucoup moins violente.
Chaque partie du corps en fusion fut alors inoculée et coulée pour pro-
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duire une fonte gap3.t.q,ea fonte de fer produite avec l'agent non ni- truré contenait 0 028%.de magnésium9 tandis que la fonte produite avec l'agent nitruré contenait 0052% de magnésium. Dans le premier coulage, le graphite était présent sous forme de flocons et dans le second, il était, de façon prédominante,, sous forme sphéroïdale.
Si la matière nitrurée est un alliage nitruré très riche en
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magnésium et en azote, l'allure de décomposition de la matière, lorsqu'elle est ajoutée au fer en fusion, se ralentit tellement qu'il est difficile d' introduire suffisamment de magnésium dans le fer en fusion pour assurer le développement de graphite sphéroidalo Ces alliages riches sont, toutefois, intéressants à cause de leur faible teneur en métaux de support et on a constaté qu'il était avantageux d'ajou- ter un agent dit "promoteur" au magnésium nitruré ou à l'alliage, c'est-à- -dire une substance qui semble avoir la propriété de favoriser la décompo- sition de nitrure de magnésium. Le silicium., le ferro-silicium et le graphi- te peuvent être utilisés comme agents promoteurs.
La plus forte proportion du magnésium est retenue dans le fer et, par suite, il n'y a lieu d'ajouter que la plus faible quantité de magnésium nitruré ou d'alliage nitruré lorsqu'on utilise à la fois du graphite et du ferro-sili- cium. La dimension des particules de silicium ou de composé du silicium est un facteur important carsi ces particules sont très fines, la violence de la réaction augmente et le métal en fusion peut être éjecté du bain de mé- tal, neutralisant ainsi l'effet avantageux de l'addition du magnésium ou de l'alliage sous forme nitrurée.
On peut utiliser avec avantage de petits morceaux de ferro-silicium allant de 1/8 à 1/2 pouce de dimension.
L'efficacité du ferro-silicium, en tant qu'agent promoteur, est approxima- tivement proportionnelle à sa teneur en silicium et on préférera une matiè- re contenant plus de 70% environ de silicium.
Il est bien entendu que l'agent promoteur est ajouté en même temps que le magnésium nitruré ou l'alliage nitruré ou l'alliage nitruré et qu'il doit être mélangé avec ceux-ci. Un agent d'inoculation doit éga- lement être utilisée c'est-à-dire que du ferro-silicium peut être utilisé comme agent promoteur et qu'ensuite, une autre addition de ferro-silicium peut être utilisée comme agent d'inoculation.
A titre d'exemple quantitatif, une addition de magnésium ni- truré sous forme de fine poudre et du ferro-silicium (comprenant 80% de silicium) en morceaux de 1/8 pouce furent ajoutés en des quantités res-
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pectivement égales à 1.5% et 1.3% en poids d'un fer en fusion ayant une teneur en carbones de 3.5%. une teneur en silicium de 1 1$ et une teneur en soufre de 0 02%o On inocula ensuite au fer 05% encore de ferro-sili- cium.
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La teneur en magnésium du fer-coulé était de 0,10, c'est-à-dire que, du ma- gnésium ajoutes environ 9% furent retenus dans le fer.
Le graphite est un très bon agent promoteur simple. Il impor- te peu d'éviter l'utilisation de fines particules mais des morceaux de 1/4 à 1/8 pouce sont avantageux car ils forment une couche protectrice sur le magnésium nitruré produisent une atmosphère réductrice et retiennent la chaleur.
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A titre d'exemple, du fer contenant 3,4% de carbone, 1,8% de silicium et 0,01, de soufre fut fondu et traité avec 1% de magnésium nitruré, mélan- gé avec 1% de graphite, additionné, par inoculation, de 0,5% de silicium, ajouté sous forme de ferro-silicium contenant 80% de silicium, et coulé.
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La fonte contenait 0,10% de magnésium c'est-à-dire qu'environ 14% du magné- sium ajouté furent retenus dans le fer.
A titre d'exemple d'utilisation de graphite et de ferro-silicium comme agents promoteurs conjugués un mélange de 0,9% de magnésium ni-
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truré, de Op9 de graphite et de o 9% de ferro-silicium (contenant 80% de silicium) fut ajouté à du fer fondu qui contenait 3,5 de carbone. 1,8% de silicium et 0 01$ de soufre.
On inocula ensuite au produit fondu 0,5% de silicium sous forme de ferro-
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silicium. La teneur en magnésium retenu dans le fer coulé était de 0,11% ce qui représente une retenue dans le fer d'environ 16.5% du magnésium ajouté.
Du magnésium élémentaire ou un alliage au magnésium peuvent
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également être utilisés pour favoriser la décomposition du magnésium ni- truré ou d'un alliage au magnésium nitruré.
En d'autres termes l'agent d'addition est un mélange d'une proportion ma- jeure de magnésium nitruré ou d'un alliage au magnésium nitruré et d'une proportion mineure de magnésium élémentaire ou d'un alliage au magnésium.
Par exemple du magnésium nitruré ajouté en une quantité de 1% à un fer en fusion ayant une faible teneur en soufre réagit très lentement, c'est-à-dire qu'il ne fut absorbé que lentement par le fer en fusion,,'qui dut être main- tenu pendant un certain temps avant de pouvoir être coulé.
Si, toutefois, la quantité de 1% de magnésium nitruré était remplacée par 0,85% de magnésium nitruré et 0,15% de magnésium en poudre intimement mélan- gés, ce mélange était rapidement et uniformément'absorbé par le fer en fusion.
Ceci est surprenant en raison de l'extrême volatilité du magnésium élémentai- re. On sait que certains éléments sont préjudiciables à la pro- duction de graphite sous forme sphéroïdale. Le titane est un élément qui, bien qu'Inoffensif dans les petites quantités en lesquelles il est habituellement présenta est préjudiciable dans des quantités plus grandes.
L'effet préjudiciable du titane est combattus dans une certaine mesure;, par l'addition du magnésium nitruré ou de l'alliage au magnésium nitruré-,,, peut- être à cause de la réaction se produisant entre le titane et l'azote pour donner un composé du titane inoffensif.
Par exempleon traita un fer qui,, à l'analyse,,, s'avérait contenir 3,4% de carbone., 1,8% de silicium et 0,01% de soufre., avec un alliage au nickel-ma- gnésium et on y inocula ensuite du ferro-silicium de telle façon que la teneur en magnésium retenu fût de 0,07%.
Le graphite contenu dans la fonte devait ainsi se trouver sous forme sphé- roidale.
On constatan cependant que le graphite se trouvait sous forme de flocons et, à l'analyse,,, on trouva que la cause en était une teneur en titane de 0,22%.
Le même fer,lorsqu'il fut traité avec 1% de magnésium mélangé à 1% de gra- phite et lorsqu'on y inocula du ferro-magnésium, avait une teneur en magné- sium retenu de 0,1% et on constata qu'il contenait environ 95% du graphite, sous forme sphéroldale.
De plus. la teneur en titane était tombée à 0,16%.
REVENDICATIONS.- lo Procédé destiné à réduire la violence de la réaction lors de l'addition de magnésium au fer en fusion, notamment dans la production de fonte comprenant du graphite sous forme sphéroïdale. caractérisé par le fait que tout le magnésium ou la plus grande partie de celui-ci,, est ajou- té sous forme de magnésium nitruré ou d'un alliage au magnésium nitruré.