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On connait un procédé de fabrication de pièces en fonte à haute ténacité dont la structure est caractérisée par une répartition diffuse du graphite en particules très fines, le procédé consistant essentiellement à soumettre les moulages à structure blanche à un traitement en trois
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phases comportant:
a) une trempe préalable martensi tique, après austén sation à une température peu supérieure à celle de fin de transformation eutectoide à réchauffements b) un revenu de germination de cette nurtensite,, effectué à une température comprise entre 550 et 500 et d'une durée variant en général de 1/2 heure à 48 heures environ,, c) un traitement de graphitisation effectué à une température supérieure à celle de la fin de transformation eutectoïde, d'une durée variant généralement de 30 minutes à 3 heures.
Divers cas d'application industrielle ont été déjà décrits: ils se rapportent à des compositions dépourvues d'éléments spéciaux mais dans lesquelles les éléments usuels carbone, silicium, manganèse, soufre, doivent être tenus entre certaines limites, à des fontes contenant du cuivre ou des éléments favorisant la formation de graphite sous forme de grains ultra-fins, comme aluminium, titane, zir- conium. Ils se rapportent également à différents modes de coulées : en sable vert, en coquilles métalliques, la coulée étant faite, dans ce dernier cas, soit par gravité, soit sous pression, soit par centrifugation.
La présente invention concerne un procédé par lequel de très hautes propriétés mécaniques peuvent être conférées à des moulages, à condition que les épaisseurs soient fai- bles et plus précisément inférieures ou égales à 20 mm avec des avantages importants d'économie par rapport au procédé en trois phases déjà connu.
Suivant l'invention, la structure martensitique né- cessaire à l'application du traitement de germination est obtenue sans que le réchauffage du moulage à température
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-supérieure à celle de la fin de transformation eutectolde à l'échauffement et la- trempe consécutive soient nécessaires.
La structure martensitique résulte de trois dispositions consécutives :
1) La fonte coulée en coquille doit contenir des éléments ralentissant les transformations des aciers en
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quantité et en nature convenables pour qu'après le--refroi- dissement qui suit la solidification le moulage soit cons- titué,, en dehors de la cémentite, par un mélange de martensite et d'austénite, que la solidification se fasse à struc- ture blanche., c'est-à-dire à cémentite sans graphite et que néanmoins la pièce puisse être graphitisée par recuit. A cet effet, la composition est comprise dans les limites suivantes :
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C de 1,8 à S, 5 f0 de préférence 2,5 SI If 1 à 3 % tc Kan If 0 , 6 à 2 7;' If 11 1,5 Cu If 0 à 3 bzz 1f Tf 2 Ni " 0 à 3 foc " If 1,5 tt 0,05 à 0,15.; de If ,0,08.
Ti fi 0 à 0,15 %. If' " If AI t1 0 à Ó, 15 %. If if 0 ,10 Zr If 0 à <?' 30 7 Ir Tf Cr If 0 à 0,25 if tt 0 ' Lie Tf 0 à 0,20 <fo " " 0
2) Eventuellement, le moulage solidifié en coquille est démoulé le plus rapidement possible., la température étant
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encore élevée, de l'ordre de 8OC C, et trempé dans un milieu liquide assurant un refroidissement rapide ;ce milieu de trempe peut être de l'huile.
On peut ainsi éviter que la
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l1iCI'Ostruotul'e de la I.'i.,.lt;e nk C;\J¯lti0.:cne de 1:1 perlito ou de la troostite; elle eot c¯#:.ti'uée ul1i'1..:.c'nelt d'..usténite et de r.:.:#t("llsi te 3) Essentiellement, les pièces coulées en coquille dont la structure, pour ce qui cône; rne la motrice qui
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enrobe les curbures, est partie é<usts.ü5.tiq , partie aarten- si tique, sont souL.ises à un traitement au froid à température suffis animent basse pour que la transformation, de l'austénite en martensite soit assez poussée pour qu'il y ait une grande
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prédominance de mart ::
te peu ou pas d'austénite ((, 20; ) e¯nérature, dans tous les cas, doit être inférieure à 0 C.
Ce procédé s'applique principalement aux moulages minces coulés en coquilles métalliques, par gravité, ou sous pression, ou par centrifugation.
Après traitement au froid, sont effectués successi- vement : - le traitement de germination qui consiste en un
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ch,.uff..(S<3 à température comprise entre 550 et 500 0, sa durée variant entre quelques minutes et 48 heures ; - un traitement de graphitisation effectué à plus
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luute température généralement supérieure à celle de la fin de transformation eutectolde la durée pouvant dans ce der.rier cas Être comprise entre 1/2 heure et trois heures.
Le procédé selon l'invention, comporte essentielle- ment le refroidissement du moulage à partir de la tempé- rature de coulée dans des conditions telles que la structure soit en dehors de la cémentite, un mélange martensite
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1Jsts1ite et qu'ensuite un traitement au froid transforme au moins pour une grande part cette austénite en martensite.
On peut ensuite effectuer le revenu de la martensite avec germination du graphite puis la graphitisation totale
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selon les processus précédemment décrits par la demanderesse,
L'expérience a révélé une efficacité tout à fait -surprenante .du traitement au froid en ce qui concerne Inaptitude ..du métal à la graphitisation, ce qui laisse supposer que -la martensite formée la première et issue de l'austénite résiduelle grâce à ce traitement est plus ap.te à bonner des germes, de graphite que la martensite obtenue directement par -trempe à partir d'une température élevée.
On peut voir une explication à cette observation surprenante dans le fait -que par suite de l'hétérogénéité de solidification;, l'austénite résiduelle de solidification a une composition moyenne différente' de celle de la martensite obtenue par trempe*
La raison d'être du traitement de l'invention réside dans la difficulté de tremper la fonte blanche sans risque de tapure. Ces risques se trouvent diminués si l'on profite du refroidissement de solidification et si la fonte par sa composition est apte à devenir riche en austénite.
En outre, la suppression d'un réchauffage pour trempe est une source d'économie et par cette suppression, l'état de surface est meilleur
L'établissement du prix de revient montre que la suppression du réchauffage pour trempe martensitique effec- tué généralement en atmosphère contrôlée est une économie qui compense et au-delà le supplément de, prix dû à l'élément d'addition tel que 1,5 % de nickel.
Il est difficile par moulage en coquille,et compte tenu des différences d'épaisseur entre différentes parties, . d'obtenir industriellement avec la régularité désirable une structure purement martensitique , Soit on obtient un mélange martensite-troostite-perlite, soit un mélange martensite-austénite.
,Selon l'invention on se place systématiquement dans ce second cas, facile à obtenir avec régularité si on observe
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les prescriptions de ltinvention et sans que l'austénite, puisqu'elle est ensuite transformée en martensite par action du froid, soit une gène à la germination diffuse du graphite, alors que, au contraire, la perlite et la troostite ne peuvent convenir ,
Trois cas d'application de l'invention sont donnés ci-dessous à titre d'exemple; ils se rapportent à des pièces dtépaisseurs différentes, les moulages sont obtenus en coquille métallique.
Exemple 1 - Des pièces dont l'épaisseur est assez réguliè- relent voisine de 4 mm sont obtenues par coulée en co.quille de fonte ayant pour composition :
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Fn <SEP> S <SEP> P <SEP> Al
<tb> 2,41 <SEP> 2,07 <SEP> 0,89 <SEP> 0,037 <SEP> 0,025 <SEP> 0,10
<tb>
L'examen fait après coulée montre que la structure comporte un réseau de carbure à mailles fines sur une ma.trice de 20 % de martensite et 80 % d'austénite- dosée par diffraction de rayons X.
Les moulages sont soumis à la succession des traiter..ents : - immersion dans l'azote liquide et maintien pe,ndant 15 minutes,, La teneur en austénite se trouve abaissée à 10% environ.
- chauffage. à 440 pendant 2 heures,suivi de refroi- dissocient à l'air calme, - chauffage à 890 pendant 2 heures. La graphitisa- tion est alors assurée, le graphite étant réparti d'une façon homogène en nombreux nodules ultra-fins.
Exemple II - Des pièces de 8 mm d'épaisseur moyenne sont obtenues par moulage en coquille métallique d'une fonte ayant pour composition :
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P <SEP> Ou <SEP> Ni <SEP> A1 <SEP> Ti
<tb> 2,51 <SEP> 1,96 <SEP> 1,26 <SEP> .0,054 <SEP> 0,027 <SEP> 2,04 <SEP> 0,98 <SEP> 0,08 <SEP> 0,05
<tb>
L'examen fait après coulée montre que la structure comporte un réseau de carbures à mailles fines sur une matri- ce de 40 % de martensite et 60% d'austénite.
Le traitement ensuite appliqué est celui de l'exemple 1.
Exemple III - Des pièces de 17 mm d'épaisseur moyenne ont été obtenues par coulée de fonte de composition :
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ou <SEP> Ni <SEP> Al <SEP> Te
<tb> 2,17 <SEP> 1,87 <SEP> 1,24 <SEP> 2,06 <SEP> 0,95 <SEP> 0,10 <SEP> 0,05
<tb>
Dans ce cas particulier,!} les pièces sont démoulées de la coquille à chaud vers 800 et immédiatement trempées à l'huile.Leur structure comporte & cet état un fin réseau de carbures et une matrice constituée de 15 %-de martensite et 85 % d'austénite.
Les moulages sont soumis aux traitements suivants : immersion dans l'azote liquide et maintien 15 minutes, - chauffage à 4500 C. pendant 4 heuresp suivi de re@roi- dissernent à l'air calme .
- chauffage à 740 C. pendant 14 heures., suivi d'une montée de 740 à 8750 en 1 heure et maintien 30 minutes à 875 .
refroidissement de 875 à 800 en 1 heure, suivi d'un refroidissement à l'air calme.
Le graphite se présente sous forme de très nombreux petits grains répartis de façon régulière sur une matrice fine à caractère aciculaire peu marqué.La dureté est de 450 kg/mm2 Vickers.
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Les moulages peuvent être adoucis par un réchauffage de revenu à température inférieure à celle du début de transformation, eutectoïde. Dans le cas du présent exemple après un revenu de 30 minutes à 650 1& dureté des pièces s'abaisse à 290 kg/mm2 Vickers et un essai de traction fait sur éprouvette prélevée dans un moulage donne pour résultat :
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Limite élastique Charge de rupture Allongement fi kg(mm2 kg/mm2 6
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<tb>
<tb> 76 <SEP> 88
<tb>
On peut pour obtenir l'adoucissement, faire le refroi-
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dissement très lentement par exemple dans le kier'-'lguI?n et se dispenser alors du revenu..
On peut aussi après graphitisation faire le traitement
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de treupe et revenu comme pour un a cier dur de construction.
REVSNDICATICIS
1 - procédé de fabrication de moulages en fonte à haute té@@cité appliqué à des pièces d'épaisseur inférieure ou égale @ 20 mm environ, coulées en coquille, caractérisé en ce que: a) la fonte contient des éléments ralentissant la transformation des aciers,en quantité et en nature conve- nables pour que la solidification se fasse à structure blanche .. que n-anmoins la pièce puisse être graphitisée par recuit et qu'après le refroidissement qui suit la solidification.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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A method of manufacturing high tenacity cast iron parts is known, the structure of which is characterized by a diffuse distribution of graphite into very fine particles, the method essentially consisting in subjecting the castings with a white structure to a three-stage treatment.
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phases comprising:
a) a martensitic pre-quenching, after austen sation at a temperature little higher than that at the end of the eutectoid transformation with reheating b) a germination temper of this nurtensite, carried out at a temperature between 550 and 500 and for a period of generally varying from 1/2 hour to approximately 48 hours, c) a graphitization treatment carried out at a temperature above that of the end of the eutectoid transformation, for a duration generally varying from 30 minutes to 3 hours.
Various cases of industrial application have already been described: they relate to compositions devoid of special elements but in which the usual elements carbon, silicon, manganese, sulfur, must be kept within certain limits, to cast irons containing copper or elements favoring the formation of graphite in the form of ultra-fine grains, such as aluminum, titanium, zirconia. They also relate to different casting methods: in green sand, in metal shells, the casting being made, in the latter case, either by gravity, or under pressure, or by centrifugation.
The present invention relates to a process by which very high mechanical properties can be imparted to moldings, provided that the thicknesses are low and more precisely less than or equal to 20 mm with significant advantages of economy compared to the process in three phases already known.
According to the invention, the martensitic structure necessary for the application of the germination treatment is obtained without heating the molding to temperature.
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-superior to that of the end of transformation eutectolde the heating and the consecutive quenching are necessary.
The martensitic structure results from three consecutive arrangements:
1) Shell cast iron must contain elements slowing down the transformation of steels into
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quantity and type suitable so that after the cooling which follows solidification the molding is formed, apart from the cementite, by a mixture of martensite and austenite, that the solidification takes place in struc - white ture., that is to say cementite without graphite and that nevertheless the part can be graphitized by annealing. For this purpose, the composition is within the following limits:
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C from 1.8 to S, 5 f0 preferably 2.5 SI If 1 to 3% tc Kan If 0, 6 to 27; ' If 11 1.5 Cu If 0 to 3 bzz 1f Tf 2 Ni "0 to 3 foc" If 1.5 tt 0.05 to 0.15 .; of If, 0.08.
Ti fi 0 to 0.15%. If '"If AI t1 0 to Ó, 15%. If if 0, 10 Zr If 0 to <?' 30 7 Ir Tf Cr If 0 to 0.25 if tt 0 'Lie Tf 0 to 0.20 <fo "" 0
2) Optionally, the solidified shell molding is demolded as quickly as possible, the temperature being
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still high, of the order of 8OC C, and quenched in a liquid medium ensuring rapid cooling; this quenching medium may be oil.
We can thus prevent the
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L1iCI'Ostruotul'e de la I.'i.,. lt; e nk C; \ J¯lti0 .: cone of 1: 1 perlito or troostite; it is c¯ # :. ti'ué ul1i'1 ..:. c'nelt of .. ustenite and r.:.:#t("llsi te 3) Essentially, shell castings whose structure , for what cone; rne the motor which
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coats the curvatures, is part é <usts.ü5.tiq, part aartentique, are subjected to a cold treatment at a sufficiently low temperature so that the transformation of the austenite into martensite is sufficiently thorough so that 'there is a large
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predominance of mart ::
te little or no austenite ((, 20;) ēnature, in all cases, must be less than 0 C.
This process applies mainly to thin castings cast in metal shells, by gravity, or under pressure, or by centrifugation.
After cold treatment, the following are carried out successively: - the germination treatment which consists of a
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ch, .uff .. (S <3 at temperature between 550 and 500 0, its duration varying between a few minutes and 48 hours; - a graphitization treatment carried out at more
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The temperature is generally higher than that at the end of the transformation, the duration being able in this last case to be between 1/2 hour and three hours.
The process according to the invention essentially comprises cooling the molding from the casting temperature under conditions such that the structure is outside the cementite, a martensite mixture.
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1Jsts1ite and then a cold treatment transforms at least a large part of this austenite into martensite.
The martensite can then be tempered with germination of the graphite followed by total graphitization
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according to the processes previously described by the applicant,
The experiment revealed a quite -surprising effectiveness of the cold treatment with regard to the metal's inability to graphitization, which suggests that -the martensite formed first and resulting from the residual austenite thanks to this treatment is more apt to bonner seeds, graphite than martensite obtained directly by quenching from a high temperature.
An explanation for this surprising observation can be seen in the fact that as a result of the heterogeneity of solidification, the residual solidification austenite has an average composition different from that of the martensite obtained by quenching *
The raison d'être of the treatment of the invention lies in the difficulty of soaking the white cast iron without risk of bleeding. These risks are reduced if one takes advantage of the solidification cooling and if the cast iron by its composition is capable of becoming rich in austenite.
In addition, the elimination of reheating for quenching is a source of economy and by this elimination, the surface finish is better.
The cost price shows that the elimination of reheating for martensitic quenching generally carried out in a controlled atmosphere is a saving which compensates and beyond the additional cost due to the additional element such as 1.5 % nickel.
It is difficult by shell molding, and given the differences in thickness between different parts ,. to obtain industrially with the desirable regularity a purely martensitic structure, Either a martensite-troostite-perlite mixture is obtained, or a martensite-austenite mixture.
, According to the invention we systematically place ourselves in this second case, easy to obtain with regularity if we observe
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the prescriptions of the invention and without the austenite, since it is then transformed into martensite by the action of cold, which is a hindrance to the diffuse germination of graphite, whereas, on the contrary, perlite and troostite cannot be suitable,
Three cases of application of the invention are given below by way of example; they relate to parts of different thicknesses, the castings are obtained in metal shell.
Example 1 - Parts whose thickness is fairly regular close to 4 mm are obtained by casting in a cast iron shell having the following composition:
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Fn <SEP> S <SEP> P <SEP> Al
<tb> 2.41 <SEP> 2.07 <SEP> 0.89 <SEP> 0.037 <SEP> 0.025 <SEP> 0.10
<tb>
The examination made after casting shows that the structure comprises a fine-meshed carbide network on a matrix of 20% martensite and 80% austenite- measured by X-ray diffraction.
The castings are subjected to a succession of treatments: - immersion in liquid nitrogen and holding for 15 minutes, The austenite content is lowered to approximately 10%.
- heater. at 440 for 2 hours, followed by cooling in still air, - heating at 890 for 2 hours. Graphitization is then ensured, the graphite being distributed in a homogeneous manner in numerous ultra-fine nodules.
Example II - Parts of 8 mm of average thickness are obtained by molding into a metal shell of a cast iron having the following composition:
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P <SEP> Or <SEP> Ni <SEP> A1 <SEP> Ti
<tb> 2.51 <SEP> 1.96 <SEP> 1.26 <SEP> .0.054 <SEP> 0.027 <SEP> 2.04 <SEP> 0.98 <SEP> 0.08 <SEP> 0, 05
<tb>
The examination made after casting shows that the structure comprises a network of fine-meshed carbides on a matrix of 40% martensite and 60% austenite.
The treatment then applied is that of Example 1.
Example III - Parts of 17 mm of average thickness were obtained by casting a cast iron composition:
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<tb>
<tb> C <SEP> If <SEP> Mn <SEP> Or <SEP> Ni <SEP> Al <SEP> Te
<tb> 2.17 <SEP> 1.87 <SEP> 1.24 <SEP> 2.06 <SEP> 0.95 <SEP> 0.10 <SEP> 0.05
<tb>
In this particular case,!} The parts are demolded from the hot shell around 800 and immediately quenched in oil. Their structure comprises & this state a fine network of carbides and a matrix consisting of 15% -de martensite and 85% austenite.
The castings are subjected to the following treatments: immersion in liquid nitrogen and hold for 15 minutes, - heating at 4500 ° C. for 4 hours, followed by re @ king- dissernent in still air.
- heating at 740 C. for 14 hours, followed by a rise from 740 to 8750 in 1 hour and hold for 30 minutes at 875.
cooling from 875 to 800 in 1 hour, followed by cooling in still air.
Graphite is in the form of very many small grains distributed evenly on a fine matrix with little acicular character. The hardness is 450 kg / mm2 Vickers.
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The moldings can be softened by reheating the tempering at a temperature below that of the start of transformation, eutectoid. In the case of the present example, after tempering for 30 minutes at 650 1 & the hardness of the parts drops to 290 kg / mm2 Vickers and a tensile test carried out on a test piece taken from a molding gives the result:
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Yield strength Breaking load Elongation fi kg (mm2 kg / mm2 6
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<tb>
<tb> 76 <SEP> 88
<tb>
To obtain softening, it is possible to cool
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very slowly for example in the kier '-' lguI? n and then dispense with the income ..
We can also after graphitization do the treatment
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troop and returned as for a hard construction.
REVSNDICATICIS
1 - process for manufacturing high tee @@ cast iron castings applied to parts with a thickness less than or equal to about 20 mm, shell castings, characterized in that: a) the cast iron contains elements slowing down the transformation of steels, in quantity and kind suitable so that the solidification takes place with a white structure. However, the part can be graphitized by annealing and only after the cooling which follows solidification.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.