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THE MOND NICKEL COMPANY LIMITED9 résidant à LONDRES.
PROCEDE DE TRAITEMENT DES FONTES ET PRODUIT OBTENU.
On sait que les propriétés de la fonte grise alliée ou non alliée sont fortement améliorées si une partie ou la totalité du graphite se
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trouve, non sous forme de lamelles, mais bien sous la forme sphéroydale, autrement dit s-"il s9y trouve sous forme de particules arrondies compactes, tendres> de couleur grise, ou encore d-* agglomérations ou de groupes de telles particules., comme on 1,'a décret due manière détaillée dans le brevet belge n 481.349 déposé 1(' 22 irars 194éL D"r/ invention décrite dans ce brevet, cn obtie-ut cetto forme de graphite en ajoutant du magnésium, habituelle- ment sous forme d'alli.age,
à la fonte en fusion en quantité telle et de ma- nière telle que 25% au moins du graphite soit rendu sphéroTdal au moyen du
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magnésium retenu dans la fonte z leéta-t brut de coulée. On sait aussi que 19 on peut utiliser le cérium dans les fontes hypereutectiques à la place du in.agr.esu.m et on a proposé .iJut,ilj Sé'r 5. la f'oj--- le cérium (sous forme de mischmetall) et 1 magnésium en additions simultanées à la fonte en fusion pour produire le graphite 3phéroYIal, ìnsi quon 1-la expliqué dans le brevet précité, l'effet avantageux du magnéSJ0IT. pei-it se tr8UVtr amoindri ou même supprimé par de très pei-,itès quantités j, Ct:l"t.'..I'..i¯. éléments qui peuvent être présents dans la fonte.
La demanderesse a découvert maintenant que l'on peut combattre l'effet de ces éléments nuisibles à 1-'action du magnésium dans la production de la forme sphéroïdale du graphite dans la fonte eutectique ou hypoeutectique par une
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très petite quantité d,ur. métal cte terre rare, en particulier du cérium ou du lanthane.
Conformémentà la présente invention,on ajoute à la fonte
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en fusian, non seulement du magnésium en quantité telle et de manière telle qu'une proportion dominante du graphj te soit rendue sph6roTdale dans la fonte à l'état brut de coulée,en l'absence de tout élément nuisible, mais aussi
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une quantité relativement petite d'un mitaI de terre rare-
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Connue on le saits le lanthane, lc cËl's-...ll ce d-auGr'l::ob i!1';
",-" ne terres rares sont couramment vendus sous forme de constituants du mi scnmetall et c'eçt ce dernier, ou une matière quelconque contenant des quantités appréciables de ces éléments, due l'on utilise de préférence
Les fontes eutectiques ou hypoeutectiques traitées conformément à 1-'invention sont3 bien entendu;; celles dans lesquelles le pourcentage de
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teneur en carbone ne dépasse pas 4,3-1,3 (Si + P) , Si et P repré-7-ntant le pourcentage des teneurs en silicium et en phosphore de la fonte.
Le métal de terre rare manifeste Inefficacité maximum, ce qui, par suite, permet d'en utiliser une quantité moindre, si on l'ajoute après
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le magnésium. Dans ce cas, une quantité aussi faible que 0,001% de métal de terre rare en poids de la'fonte en fusion donne un effet avantageux bien que la quantité nécessaire dépende de la nature et de la quantité du ou des éléments nuisibles se trouvant dans la fonte, Par suite, si l'on prévoit que la fonte contient un ou plusieurs éléments nuisibles quelconques en quanti-
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tés telles qu 1.ls agissent fortement dans le sens de la suppression de la formation de la forE& sphéraidals du graphite par le magnésium, on devra ajouter une quantité de métal de terre rare supérieure à 0,001%. Dans la pratique,
étant donn que la quantité totale d'éléments nuisibles présents ne peut pas, en général, être déterminée sans difficulté, la quantité de métal de terre rare ajoutée peut avantageusement être comprise entre 0,005 et 0,02 en poids de la fonte en fusion. Comme on le comprend, cette quantité est de beaucoup inférieure à celle du magnésium ajouté, laquelle est en gé-
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néral comprise entre 0,10% et 0,5;:: environ du poids de la fonte en fusion.
La quantité de métal de terre rare ne doit pas être trop grande car, non seulement il ne se produit pas d'augmentation de la proportion du graphite rendue sphéroïdale quand la quantité de métal de terre rare dépasse une valeur optimum, mais encore il se produit un changement nuisible dans la nature de la structure sphéroTdale, Cette valeur optimum varie naturellement d'une fonte une autre.
Par exemple, une fonte contenant 3,3% de carbone, 1,8% de silicium, 0,02- de phosphore et environ 0,15 de titane a été traitée conformément à l'invention . Le titane est un élément qui, bien qu'il ne soit pas nuisible lorsque, comme cela est habituellement le cas,il est présent en petites quantités , est nuisible en quantités plus grandes et on l'a ajouté systématiquement à cette fonte dans un but expérimental. Environ 90% du graphite de la fonte brute de coulée a été rendu
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sphéroïdal de façon régulière par des additions de mischmetall comprises entre 0 ,004 et 0,05, . mais avec des additions plus fortes de mischmetall certaines des particules de graphite ont eu leur contour #Échiqueté.
Si l'on ajoute le métal de terre rare avant le magnésium ou
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avec celui-ci, au lieu de l'ajcuter après, il en faut une plus grande quan- tité, comme on l'a décrit ci-dessus. Si on l'ajoute avec le magnésium, on
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peut l'incorporer dans un alliage avec ce dernier métal, Sr on l'ajoute après le magnésium, on peut !-ajouter avec un inoculant si, comme cela se fait ha- bituellement, on en utilise unet le métal de terre rare peut soit être allié, soit être mélangé à l'inoculant.
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A -titrl d'illustration supplémentaire de l'effet du m schmetall pour combattre Inaction nuisjblë au titane, on peut donner les exemples suivants. On a préparé un bain de coulée ae fonte contenant 32 de carbone, 1.6% de silicium, 0.4% rie r¯ar.gaYè#e, 0,02% de soufre, 0,02; ¯- de phosphore et 0,16% de titane., On a fait deux prélèvements dans le bain de coulée et on a ajouté à chaque prélèvement 1% d-lun alliage nickel-magnésium contenant 15% de magnésium. On a aj-J-=t4 à l'un des prélèvements 0,005% de mischmetall, on a finalement inoculé chaque prélèvement avec C,5f- de silicium ajouté sous fo rme de ferro-sil1ciTIm contenant 30% de silicium et on a coulé dans un moule en sable vert pour obtenir un barreau de 5 cm de diamètre.
Le barreau coulé partir du métal auquel il n ' a pas été ajouté de mischmetall contenait 0,07% de magnésium et 0,15; de titane, ; environ seulement du graphite s'y trou- vant à l'état sphéroïdal et le reste sous forme de lamelles. Le barreau cou-
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lé à partir du métal auquel du mischmetall avait été ajouta ont<sna:!t 0,067µ de magnésium et 014 de titane;
90% du graphite sey trouvant était à l'é- tat sphéroïdal, le reste étant formé d lamelles arrondies
Quand on a ajouté du mischmetall à une fonte ayant sensible-
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ment la même composition que ci-dessus, avant P addltj on de li de l'alliage Mg-Ni è 15%, une quantité de 0,005% de mischmetall ne donnait que 30% environ de graphite sphéroïdal et c5est seulement après addition de 1¯01% de mischmétall que le graphite devenait sphéro3dal dans une proportion de 90 dans la fonte brute de coulée,
Quand on modifie encore le procédé en ajoutant 0,5% de misch-
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metall à l'alliage Mg-Ni a 15n et que l'on utilise l'alliage résultant.a rai- son de 1% du poids de métal traité comme moyen d'introduction simultanée de magnésium et de mi.schmetall dans le bain de coulée,
le graphite est encore sphéroïdal à raison de 90% environ dans la fonte brute de coulée.
Les fontes dont 11 est questi on dans cet exemple sont toutes à basse teneur en soufre (0,02%). Si l'on ajoute le métal de terre rare avant ou avec le magnésium à des fontes ayant une teneur en soufre plus élevée, une certaine quantité dudit métal est perdue sous forme de sulfure et il fait par conséquent utiliser une quanti.té plus grande de métal de terre rare.
Pour donner un exemple de l'effet du mischmetall pour contra-
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rier l'action dun autre élément nuisible, on a traité un bain de coulée con - tenant du plomb. La fonte en fusion contenait 3,36% de carbone, 2 ,05i de silicium, 0,027% de soufre, 0,02% de phosphore, moins de 0,1% de manganèse,
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moins de 0,02,c'j de titane et 0,02% de plomb. On a traité la fonte par 1% de l'alliage Mg-Ni z 15r et on l'a inoculée avec 0,5% de silicium sous forme de ferro-silicium. Sans addition de mischmetall , aucune partie du graphite
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n'était sphéro'idale dans la fonte brute de coulée en raison de l'effet nui- sible marqué des 0,02% de plomb.
Lorsqu'on a ajouté 0,02% de mischmetall après le magnésium, mais avant l'inoculation, le graphite était sphéroïdal dans la fonte brute de coulée dans la proportion de 95%.
L'Indium, le thallium, l'étain, le bismuth et l'antimoine sent aussi des éléments exerçant un effet nuisible sur la production de graphite
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sphéroiTdal et l'utilisation d'un métal de terre rare conformément à l'inven- tion combat aussi l'effet de ces éléments.
Un mode particulièrement convenable de mise en oeuvre de l'invention consiste à plonger sous la surface de la fonte en fusion, pendant qu'elle est à une température comprise entre 1370 et 1410 C, un récipient perforé contenant à la foisle magnésium et le métal de terre rare. En faisant l'addition de cette manière, la violence de la réaction qui a lieu normalement quand on ajoute du magnésium à la fonte en fusion est considérablement réduite. Si l'on met en oeuvre l'invention en plongeant les additions dans le bain de coulée, il 'est pas-nécessaire d'ajouter le magnésium sous forme d'un alliage relativement pauvre en magnésium à la condition d'observer certaines précautions.
Quand on ajoute le magnésium tel quel ou sous forme d'al-
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liage riche en qiagnfsiump c'est-à-dire d'un alliage contenant au moins 80% de magnésium, il est préférable de s'assurer d'abord que la température de la fonte en fusion au moment du traitement est comprise entre 1370 et 1410 C. et ensuite que le magnésium est sous forme de copeaux n'ayant pas une épaisseur supérieure à 1,5 mm, afin que la surface extérieure du magnésium ajouté soit importante par rapport à son volume. Il est commode que les copeaux soient sous forme de tournures. La température est importante parce que si elle est inférieure à 1370 C, le récipient plongé dans le bain tend à être engorgé par du métal pâteux, et si elle est supérieure à 1410 C, la réaction est violente.
Les copeaux sont entassés dans un récipient perforé qui comporte de préférence un fond ouvert et dont la section va en diminuant vers
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son fond. Si la réduction de section est insuffisante pour assurer le maintien des copeaux, on peut appliquer par pliage sur le fond ouvert du récipient, pour le fermer, une garniture en papier qui sert aussi à empêcher les copeaux de tomber à travers les trous. Le récipient doit être protégé contre l'attaque par la fonte en fusion par un enduit de graphite du type utilisé pour la préparation des moules au sable sec. L'enduit doit être appliqué avant la première utilisation du récipient et ensuite après chaque utilisation.
Le magnésium forme des alliages avec les métaux de terres rares que l'on peut utiliser conformément à la présente invention. Les alliages de mischmetall et de magnésium sont cassants par comparaison avec le magnésium métallique en raison de la présence d'un constituant cassant à la limite des grains et on peut les briser plus faciliment pour les amener à une dimension convenable.
A titre d'illustration du procédé par immersion, on peut donner l'exemple suivant : on prépare un bain de coulée de fonte contenant 3,5% de carbone, 1,8% de silicium, 0,3% de manganèse, 0,01% de soufre et 0,02% de phosphore. On prélève trois échantillons de ce bain et on les contamine avec 0,12% de titane, 0,0018% de plomb et 0,16% de titane, respectivement.
On traite les deux premiers échantillons à 1405 en immergeant dans la masse du bain 0,26% de copeaux de magnésium métallique (ayant approximativement 1,5 mm. d'épaisseur x 6 mm x 12 mm) mélangés à 0,01% de mischmetall. On traite le troisième échantillon à 14200 en plongeant dans la masse du bain 0,28% d'un alliage de magnésium contenant 95% de magnésium et 5% de mischmetall, l'alliage se présentant sous la forme de petits morceaux irréguliers d'environ 3 à 6 mm. de diamètre. On inocule ensuite tous les échantillons avec 0,5% de silicium ajouté sous forme de ferro-silicium à 80% de Si et on les coule en barreaux de 5 cm. de diamètre dans des moules en sable vert pour obtenir les barreaux I, II et III, respectivement.
On traite d'autres échantillons des fontes contaminées par le magnésium mais sans mischmetall avant l'inoculation et on coule pour obtenir les barreaux, Ia , IIa et IIIa. Le traitement des divers échantillons ne modifie pas les teneurs en carbone, en phosphore et en soufre.
Les teneurs en silicium, en manganèse, en titane, en plomb et en magnésium sont données ci-après :
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<tb>
<tb> Barreau <SEP> Silicium <SEP> Manganèse <SEP> Titane <SEP> Plomb <SEP> Magnésium
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> %
<tb> I <SEP> et <SEP> la <SEP> 2,1 <SEP> 0,40 <SEP> 0,12 <SEP> - <SEP> 0,095
<tb> II <SEP> et <SEP> IIa <SEP> 2,0 <SEP> 0,38 <SEP> 0,01 <SEP> 0 <SEP> ,093 <SEP>
<tb> III <SEP> et <SEP> IIIa <SEP> 2,05 <SEP> 0,39 <SEP> 0,16 <SEP> - <SEP> 0,063
<tb>
Les barreaux I, II et III contiennent des traces de métaux de terres rares et la quasi-totalité de leur graphite est sphéroidal. Les barreaux Ia, IIa et IIIa n'ont qu'une proportion de 15, de 0 et de 5%, respectivement, de leur graphite à l'état sphéroïdal.
Dans l'exemple que l'on vient de donner, la tereur en soufre est basse. On peut aussi obtenir de bons résultats avec des fontes teneur en soufre plus élevée. A titre d'exemple, on a fait un prélèvement à 14200 sur une fonte contenant 0,06% de soufre et contaminée par le titane et on a traité et coulé deux échantillons pour obtenir les barreaux IV et V. Le premier échantillon (barreau IV) est traité par 1% de l'alliage Mg-Ni à 15%, puis inoculf avec 0,5% de silicium ajouté sous forme de ferro-silicium à 80% tandis que le second échantillon (barreau V) est traité par immersion dans la fonte en fusion de 0.36% de copeaux épaisde 1,5 mm d'épaisseur de magnésium mélangés à 0,01% de mischmetall et on l'a inoculé de la même manière.
Les barreaux contiennent du carbone, du silicium, du titane et du magnésium dans les proportions suivantes
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Barreau L-Q ;LSj. l Ts 1-11g IV 3.3 2 15 0 911 0 ,079 V z ,:3 z 0,13 0 , lls
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Dans le barreau IV, il n'y a que 3% de graphite à l'état sphéroïdal, tandis que dans le barreau V une proportion de plus de 90% du graphite est à l'état
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sphéroïdal,
Il y a lieu de remarquer que le traitement objet de l'invention peut affecter la structure de la matrice de la fente. Par exemple, les effets du plomb, du bismuth et du thallium, pour ce qui est de la sta- bilisation de la perlite, sont contrariés par l'addition d'un métal de terre rare.