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La présente invention se rapporte à une nouvelle composition de matière servant à régler et à améliorer les propriétés physiques de la fonte, ainsi qu'à d'autres applications, telles que le traitement de l'a- cier en fusion.
La présente invention constitue un perfectionnement de la composi- tion faisant l'objet du brevet français n 1.044.129, au nom de la demande- resse, du 24 octobre 1951.
La fonte qui est le plus couramment utilisée dans la construction est la fonte grise, appellation qui couvre en réalité une gamme étendue de compositions possédant, par suite, des propriétés très variables qui dépen- dent dans une grande mesure des formes sous lesquelles le carbone se pré- sente et de sa répartition.
Bien qu'une partie du -carbone de la fonte grise puisse se combiner sous forme de carbure de fer, la majeure partie se trouve sous la forme libre ou élémentaire, telle que le graphite. Les quantités relatives de carbone libre et de carbone combiné, ainsi que la forme, le calibre et la répartition des particules, dépendent de facteurs tels que la température maximum de la fonte à l'état liquide, la vitesse de refroidissement pen- dant et après la solidification et les types de traitement thermique que l'on applique éventuellement au moulage solidifié..
On sait que le magnésium et certains autres éléments introduits dans la fonte (qui serait autrement de la fontee grise ou presque grise) font que le graphite passe de la formel de lamelles ou plaquettes à celle de sphéroïdes ou nodules avec un accroissement simultané de la résistance du métal et l'obtention d'une certaine ductilité. On peut fréquemment ac- croître cette ductilité par un recuit en sacrifiant relativement peu de la résistance du métal.
Dans le brevet dé jà mentionné ci-dessus, la demanderesse à décrit une composition perfectionnée pour la production de fonte contenant du graphite nodulaire, cette composition se trouvant de préférence sous la forme d'un alliage et contenant outre le magnésium, du silicium, du cuivre et du fer à l'intérieur des gammes mentionnées, un ou plusieurs des agents modificateurs tels que le calcium, le baryum, le strontium et le lithium, qui rendent possible la formation nodulaire de la fonte, non seulement par l'addition d'une quantité moindre de magnésium, mais aussi par suite de l'addition d'une quantité totale de magnésium et d'un agent modificateur qui est plus faible que lôrsqu'on utilise le magnésium sans agent modifi- cateur.
L'utilisation de l'alliage décrit dans le brevet précité se tra- duit par un abaissement de la perte en magnésium et en élément modificateur, et par une diminution des projections du métal hors de la cuve dans la- quelle on pratique cette addition.
La demanderesse a trouvé que, dans des compositions contenant du magnésium, du lithium, du silicium et du fer, compositions que l'on doit utiliser pour la production de fonte nodulaire, certaines proportions critiques entre les teneurs en lithium et en magnésium, sont nécessaires pour assurer le maximum des propriétés désirées de la fonte finale et une économie optimum dans l'utilisation de la composition d'addition ou de l'alliage. On a trouvé que la teneur en lithium doit se monter à environ 15 à 70% et être comprise de préférence entre 20 et 50% de la teneur en magnésium de l'alliage. La demanderesse à constaté que la teneur en lithium doit être égale à environ 15 à 70% et, de préférence, environ 20 à 50% de la teneur en magnésium de l'alliage.
Il est très important que l'alliage contienne une quantité substantielle de silicium, non seulement pour rendre complètement efficace une très faible addition de magnésium et de
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lithium à la fonte en fusion, mais encore pour faciliter l'élaboration d'un alliage contenant du fer et pour faciliter de même la production d'un alliage solide, dans lequel les différentes composants de l'alliage se trouvent distribués en une concentration uniforme dans toute la masse.
La non-uniformité des composants dans l'alliage est très nuisible, du fait, qu'une telle ségrégation des composants de l'alliage produit la non- uniformité des éléments d'addition ajoutés aux moulages de fonte succes- sifs, en particulier quand la dimension des gueuses d'alliage est impor- tante ou quand le volume de la coulée de fonte à laquelle on ajoute l'al- liage est faible.
L'alliage d'addition perfectionné contenant des proportions de lithium et de magnésium comprises dans les gammes mentionnées peut conte- nir ou non du cuivre. Le cuivre peut être présente dans cet alliage con- forme à l'invention en une quantité déterminée par la nature de la matière première utilisée pour sa préparation, ou bien on peut ajouter le cuivre in- itentionnellement quand on désiré qu'il soit présent en des quantités substantielles dans le moulage terminée L'alliage peut contenir environ 2 ou 3% de cuivre, quand on désire introduire dans le moulage de fonte terminé une quantité n'excédant pas environ 0,20% de cuivre, même lorsqu'on utilise les déchets habituels de fonderie pour l'élaboration de la fonte en fusion.
D'un autre côté, l'alliage peut contenir jusqu'à 15% ou 20% ou même jusqu'à 25% de cuivre quand on désire donner une résistance supplé- mentaire au moulage en fonte, par exemple lors de la production de fontes nodulaires présentant une résistance à la traction de 70 kg/mm2 ou davan- tage et une ductilité qui se traduit par un allongement de l'ordre de 5%.
Les alliages conformes à la présente invention peuvent présenter les gammes de composition ci-après.-
EMI2.1
<tb> @ <SEP> Gamme <SEP> Gamme <SEP> préférée
<tb>
<tb> Magnésium <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> % <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 15 <SEP> %
<tb>
<tb> Lithium <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 13 <SEP> % <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 8 <SEP> %
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 60% <SEP> 20 <SEP> à <SEP> 45 <SEP> %
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> % <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> %
<tb>
Le complément de l'alliage est du fer, celui-ci pouvant consti- tuer de 5 à 65% de l'alliage.
Comme on l'a énoncé ci-dessus dans les gammes indiquées, les proportions de lithium et de magnésium,sont telles que la quantité de lithium soit égale à 15% à 70% et de préférence à 20% à 50% de la quantité de mangésium contenue dans l'alliage. L'alliage contient toujours des quantités de silicium et d'autres éléments comprises dans les gammes in- diquéeso Il est connu d'ajouter un alliage de magnésium-lithium à de la fonte en fusion pour produire du graphite nodulaire dans les moulage de fonte terminée, mais ces alliages ne contiennent aucune quantité substantiel- le de silicium.
En l'absence d'une quantité substantielle de silicium, la perte en magnésium est excessivement élevée quand on ajoute l'alliage à de la fonte en fusion, mais la perte en magnésium est fortement réduite, quand l'alliage contient, comme celui qui fait l'objet de l'invention, une quantité substantielle de silicium. Ainsi, en utilisant l'alliage précité, il est possible d'incorporer la quantité désirée de magnésium et de lithium à de la fonte, en utilisant une quantité considérablement plus faible de l'alliage contenant du silicium que celle qu'il faudrait utiliser quand on utilise un alliage magnésium-lithium ne contenant pas une quantité substantielle de silicium.
Au lieu d'avoir à ajouter, par exemple, appro-
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ximativement 0,70% de magnésium pour retenir dans la fonte solidifiée 0;05% de ce magnésium, on peut aboutir au même résultat en n'ajoutant pas plus de 0,25% de magnésium.
L'économie réalisée dans l'utilisation de l'alliage ajouté présente une importance considérable dans la pratique industrielle. La perte en éléments ajoutés peut varier suivant les conditions de l'élaboration parmi lesquelles on peut citer comme très importantes; la température de la fon- te en fusion au moment où l'on procède à l'addition, ainsi que la tempéra- ture et le temps total de l'opération de la coulée pendant laquelle le magnésium très volatil et le lithium moins volatil peuvent se perdre.
La retenue des éléments ajoutés dans la fonte solidifée peut éga- lement dépendre de la composition de la fonte en fusion et, d'une manière particulièrement importante, de sa teneur en soufre.
Par exemple, à une fonte ayant n'importe quelle teneur appropriée en carbone, en silicium et en manganèse et contenant 0,030% de soufre, à laquelle on ajoute un alliage contenant 8% de magnésium et 2,5% de lithium avec 38% de silicium, il est possible d'ajouter une quantité aussi faible que 0,08% de magnésium ( ce qui revient à ajouter simultanément 0,025% de lithium) et de retenir dans le moulage de fonte solidifiée environ 0,025% de .magnésium et environ 0,020% de lithium, le graphite contenu dans le produit se présentant à peu près totalement sous la forme sphéroïdale.
Bien qu'on puisse ajouter des quantités aussi fortes que 0,25% de magnésium et la quantité correspondante de lithium et que des conditions de coulée à haute température avec une teneur relativement élevée en soufre dans la fonte puissent donner lieu à une rétention de seulement 0,05% de magnésium, on peut aussi pratiquer des additions beaucoup plus faibles, et on doit naturellement les rechercher.
En ajoutant 0,08 à 0,15% de magné- sium et les quantités correspondantes de lithium à des fontes à faible te- neur en soufre, soit naturellement, soit par suite de n'importe quel trai- tement de désulfuration approprié, on peut obtenir des fontes nodulaires contenant d'environ 0,015% à environ 0,050% de magnésium en même temps que de 0,008% à environ 0,035% de lithium.
Afin d'obtenir les meilleurs résultats lors de la production d'une fonte nodulaire, il faut non seulement que les composants de l'alliage soient compris dans les gammes déjà énoncées, mais encore que le lithium et le magnésium se trouvent présents dans les proportions indiquées ci- dessus.
REVENDICATIONS.
1,-. Compositions de matière destinée à être ajoutée à la fonte ou à l'acier, caractérisée en ce qu'elle contient environ 3 20% de magnésium, environ. Qt5 à 13% de lithium, cette quantité de lithium constituant environ 15 à 70% de celle du magnésium, environ 10 à 60% de silicium et environ D à 25% de cuivre, le complément étant constitué en presque totalité par du fer, leqeul est, présent en une quantité comprise entre 5 et 65%.
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The present invention relates to a novel composition of matter for controlling and improving the physical properties of cast iron, as well as to other applications, such as the treatment of molten steel.
The present invention constitutes an improvement of the composition which is the subject of French patent No. 1,044,129, in the name of the applicant, of October 24, 1951.
The cast iron which is most commonly used in construction is gray cast iron, a name which in fact covers a wide range of compositions having, therefore, very variable properties which depend to a large extent on the forms in which the carbon is stored. present and its distribution.
Although some of the carbon in gray cast iron can combine as iron carbide, most of it is in the free or elemental form, such as graphite. The relative amounts of free carbon and combined carbon, as well as the shape, size and distribution of the particles, depend on factors such as the maximum temperature of the molten melt in the liquid state, the rate of cooling during and after. solidification and the types of heat treatment that may be applied to the solidified molding.
We know that magnesium and certain other elements introduced into cast iron (which would otherwise be gray or almost gray cast iron) cause graphite to pass from the form of lamellae or platelets to that of spheroids or nodules with a simultaneous increase in resistance. of the metal and obtaining a certain ductility. This ductility can frequently be increased by annealing with relatively little sacrifice in metal strength.
In the patent already mentioned above, the Applicant has described an improved composition for the production of cast iron containing nodular graphite, this composition preferably being in the form of an alloy and containing, in addition to magnesium, silicon, copper and iron within the ranges mentioned, one or more of the modifying agents such as calcium, barium, strontium and lithium, which make nodular formation of cast iron possible, not only by the addition of a lesser amount of magnesium, but also as a result of the addition of a total amount of magnesium and a modifying agent which is lower than when magnesium is used without modifying agent.
The use of the alloy described in the aforementioned patent results in a lowering of the loss of magnesium and of modifying element, and by a reduction in the projections of the metal out of the tank in which this addition is carried out.
The Applicant has found that, in compositions containing magnesium, lithium, silicon and iron, compositions which must be used for the production of nodular cast iron, certain critical proportions between the lithium and magnesium contents are necessary. to ensure maximum desired properties of the final melt and optimum economy in the use of the addition composition or alloy. It has been found that the lithium content should be about 15 to 70% and preferably be between 20 and 50% of the magnesium content of the alloy. The Applicant has found that the lithium content must be equal to approximately 15 to 70% and, preferably, approximately 20 to 50% of the magnesium content of the alloy.
It is very important that the alloy contains a substantial amount of silicon, not only to make very little addition of magnesium and magnesium completely effective.
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lithium to molten iron, but also to facilitate the production of an alloy containing iron and likewise to facilitate the production of a solid alloy, in which the various components of the alloy are distributed in a uniform concentration throughout the mass.
The non-uniformity of the components in the alloy is very detrimental, because such segregation of the components of the alloy produces the non-uniformity of the additives added to successive castings, particularly when the size of the alloys is large or when the volume of the cast iron to which the alloy is added is small.
The improved addition alloy containing proportions of lithium and magnesium within the ranges mentioned may or may not contain copper. Copper can be present in this alloy according to the invention in an amount determined by the nature of the raw material used for its preparation, or the copper can be added intentionally when it is desired that it be present. Substantial amounts in the finished casting The alloy may contain about 2 or 3% copper, when it is desired to introduce into the finished cast iron casting an amount not exceeding about 0.20% copper, even when using the usual foundry wastes for the production of molten iron.
On the other hand, the alloy may contain up to 15% or 20% or even up to 25% copper when it is desired to give additional strength to the cast iron, for example in the production of cast irons. nodular having a tensile strength of 70 kg / mm2 or more and a ductility which results in an elongation of the order of 5%.
The alloys in accordance with the present invention can exhibit the following ranges of composition.
EMI2.1
<tb> @ <SEP> Range <SEP> Preferred range <SEP>
<tb>
<tb> Magnesium <SEP> 3 <SEP> to <SEP> 20 <SEP>% <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 15 <SEP>%
<tb>
<tb> Lithium <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 13 <SEP>% <SEP> 1 <SEP> to <SEP> 8 <SEP>%
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 10 <SEP> to <SEP> 60% <SEP> 20 <SEP> to <SEP> 45 <SEP>%
<tb>
<tb> Copper <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 25 <SEP>% <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 25 <SEP>%
<tb>
The balance of the alloy is iron, which may constitute from 5 to 65% of the alloy.
As stated above in the ranges indicated, the proportions of lithium and magnesium are such that the amount of lithium is equal to 15% to 70% and preferably 20% to 50% of the amount of mangesium contained in the alloy. The alloy still contains amounts of silicon and other elements within the ranges indicated o It is known to add a magnesium-lithium alloy to molten iron to produce nodular graphite in finished castings. , but these alloys do not contain any substantial amount of silicon.
In the absence of a substantial amount of silicon, the loss of magnesium is excessively high when the alloy is added to molten iron, but the loss of magnesium is greatly reduced when the alloy contains, such as that which subject of the invention, a substantial amount of silicon. Thus, by using the above alloy, it is possible to incorporate the desired amount of magnesium and lithium into the cast iron, using a considerably smaller amount of the silicon-containing alloy than should be used when a magnesium-lithium alloy is used which does not contain a substantial amount of silicon.
Instead of having to add, for example, appro-
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ximatively 0.70% magnesium to retain 0.05% of this magnesium in the solidified cast iron, the same result can be achieved by adding no more than 0.25% magnesium.
The economy achieved in the use of the added alloy is of considerable importance in industrial practice. The loss of added elements can vary according to the conditions of the production, among which may be mentioned as very important; the temperature of the molten melt at the time of the addition, as well as the temperature and the total time of the operation of the casting during which the highly volatile magnesium and the less volatile lithium can to get lost.
The retention of added elements in solidified iron may also depend on the composition of the molten iron and, particularly importantly, on its sulfur content.
For example, to a cast iron having any suitable content of carbon, silicon and manganese and containing 0.030% sulfur, to which is added an alloy containing 8% magnesium and 2.5% lithium with 38% of silicon, it is possible to add as little as 0.08% magnesium (which amounts to simultaneously adding 0.025% lithium) and retain in the solidified cast iron casting about 0.025% magnesium and about 0.020% lithium, the graphite contained in the product being almost completely in the spheroidal form.
Although amounts as large as 0.25% magnesium and the corresponding amount of lithium can be added and high temperature casting conditions with a relatively high sulfur content in the cast iron can result in a retention of only 0.05% magnesium, one can also practice much smaller additions, and one should naturally look for them.
By adding 0.08 to 0.15% magnesium and corresponding amounts of lithium to low sulfur melts, either naturally or as a result of any suitable desulfurization treatment, one can can obtain nodular cast irons containing from about 0.015% to about 0.050% magnesium along with 0.008% to about 0.035% lithium.
In order to obtain the best results during the production of a nodular cast iron, it is necessary not only that the components of the alloy are included in the ranges already stated, but also that lithium and magnesium are present in the proportions indicated above.
CLAIMS.
1, -. Compositions of material for addition to cast iron or steel, characterized in that it contains about 320% magnesium, approximately. Qt5 to 13% lithium, this quantity of lithium constituting approximately 15 to 70% of that of magnesium, approximately 10 to 60% of silicon and approximately D to 25% of copper, the remainder being constituted almost entirely by iron, leqeul is present in an amount between 5 and 65%.
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