BE555689A - - Google Patents

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BE555689A
BE555689A BE555689DA BE555689A BE 555689 A BE555689 A BE 555689A BE 555689D A BE555689D A BE 555689DA BE 555689 A BE555689 A BE 555689A
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graphite
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graphitization
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/08Manufacture of cast-iron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys
    • C22C37/04Cast-iron alloys containing spheroidal graphite

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Il est connu que l'addition de magnésium, sous forme soit de métal pur,soit d'alliages avec d'autres métaux tels que cuivre', nickel -'ou avec des métalloïdes tels que silicium, permet d'obtenir   'des   moulages de fonte à graphite sphéroïdal. Ce graphite sphéroïdal peut être obtenu soit en totalité à la solidification, soit partiellement à la solidification.,et partiellement.par recuit usuel tel qu'il est pratiqué.dans la malléabilisation de la fonte à coeur noir.. 



   Les moulages présentent, après recuit de graphitisation, des sphérules de graphite   peu,nombreuses   (30 à 300 par mm2), assez grossières et souvent irrégulières. 



   Les caractéristiques mécaniques des métaux présentant cette structure sont bien inférieures à celles des fontes à graphite diffus ayant fait l'objet de brevets antérieurs au nom de la présente   demanderesse.   

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   L'invention concerne le traitement thermique de compositions de fonte pour graphite diffus, coulées   entiè-   rement blanches (totalement exemptes de graphite de   solidi-   fication) par un processus triple comprenant une trempe martensitique (ou à la rigueur   bainitique   inférieure) suivi d'un revenu avec germination du graphite puis d'une   graphiti-   sation à plus haute température. 



   Selon la présente invention, il s'est en effet avéré que l'on pouvait obtenir des moulages de fontes présentant des qualités améliorées et comportent des sphérules de graphite infiniment nombreuses et fines, dans des limites encore jamais rencontrées   antérieurement,   environ 3.000 à   30.000   par mm2, ces moulages contenant du magnésium ou des métaux alcalins ou   alcalino-terreux   ou des métaux du groupe des terres rares incorporés seuls ou en mélange, soit   simul-     tanément,   soit successivement.

   Les compositions de ces fontes sont plus pauvres en carbone et silicium que les compositions usuelles des fontes à graphite sphéroldal connues ; elles varient suivant l'épaisseur des pièces à constituer, la nature des moules, le mode de coulée et le résultat à obtenir. 



   Suivant une première caractéristique de l'invention, les compositions de ces fontes sont comprises dans les limites suivantes : 
C =2 à   3;=  
Si = 1 à 2,5%
Mn = 0,6 à 1,6
Cu ou Ni = 0 à   2 il  
Al ou Ti = 0 à 0,15 % 
 EMI2.1 
 1 = 0,05 à 0, 20 ( ou éléments équivalents en quantités équivalentes). 



   Pour les compositions les plus fréquentes qui contiennent du cuivre et pas de nickel, l'addition de 

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 EMI3.1 
 magnésium peut se faire 2Vc..ntê::.ceuseraent flous -or¯ne d'allia- ge cuivre-magnésium. Il n'y a pas d'inoculation du graphite par le. silicium, contrairement aux fontes à graphite   sphéroïdal   de solidification. 



   'Suivant une autre caractéristique de l'invention, ces moulages, coulés blancs en sable à noyaux, sable vert, ou en coquilles métalliques avec ou sans pression, ou par centrifugation, subissent essentiellement un cycle de trai- tement thermique en vue d'obtenir un nombre 'très élevé de germes de'graphites selon des procédés connus.

   Ce cycle de traitements thermiques comprend : a) Une trempe préalable, après austénisation à une température légèrement supérieure à celle de la transformation   eutectoïde   effectuée à l'eau ou à l'huile, ou au sel fondu, de telle sorte que la structure de trempe soit obtenue sans provoquer de tapures du moulage. b) Un revenu de germination effectué à une tempéra- ture modérée, généralement voisine de 450  et d'une durée variant de 1 à   48   heures. c) Un réchauffage de graphitisation effectué à haute température et de durée suffisante, ces deux paramètres étant définis en fonction de la composition, du mode   .de   coulée, et de l'épaisseur du moulage.

   On peut, par   exem-   ple, recuire à 880  de 1 à 4 heures selon le cas, ce qui est considérablement plus rapide eue dans le cas des fontes malléables. 



   .Entre le revenu de germination et le réchauffage de graphitisation, on peut ou non pratiquer un   refroidis-   sèment, suivant les commodités opératoires. 



   On obtient, par ce procédé de traitement appliqué aux fontes de compositions précisées   précédemment ,   un matériau entièrement nouveau, à fines sphérules de graphite. 

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 EMI4.1 
 



  (environ 3.000 à 30.000 sphérules au ::n:i, on moyenne 10.000 - apparaissant à   1' examen   microscopique) et à matrice   perliti-   que ou   ferri tique,   ou   comportant   perlite et ferrite en proportions variables, en fonction des   conditions:   de refroidis- 
 EMI4.2 
 sement après traite..:ent de Gr:::- -hitisation à haute température. 



   Ce nouveau produit se   caractérise     par   des   propriétés     Mécaniques   qui se   rapprochent   infiniment plus de celles des aciers   que de   celles des fontes   malléables     ou des   fontes sphéroïdales connues.. En effet, avec la structure à matrice 
 EMI4.3 
 perlitique, on obtient le plus souvent : G 0 :i j " N'.1 . 3 ? lO 1¯- i"-l-:' 70 kr/i.:u2 X 3 < ±5 kL/a.i2 5 .

   L#:<.. 8 avec une limite d'endurance co..tprise entre 36 et 45 1L/Fril:.1 ? 
Ces moulages   ont,-   en outre, toutes les   qualités   des sciers; ils sont susceptibles d'être   phosphatés,     étamés,   
 EMI4.4 
 chromés, etc... ; ils peuvent otre soudés électriquement par étincelar-e ou à l'arc, ou au chalumeau. 



   Ils conservent des fontes la   facilité   de mise en forme, le bon coefficient de frottement, la   facilité     d'usi-   nage   à l'outil   coupant, sans avoir aucun des   inconvénients   des fontes, telle que la fragilité,   etc...   
 EMI4.5 
 



  Ces fontes sont susceptibles de traite;..ents the'ruiCes fontes sont susceptibles traitements tl1erüi- 'lues au même titre que le s   aciers   mi-dure de   construction   ou   extradurs     d'outillage.   En   particulier,    elles   sont sue-   ceptibles   d'être durcies superficiellement par   chauffage   superficiel, par   induction     haute     fréquence,   suivi   'la     trompe   
 EMI4.6 
 "'r'1"Len"'l" +l-C:"le On peut ainsi "b-""'/'..I.." .,., -les "11',>,:-,'1--'::", ''''0 ¯1' l'l' c'e'" entre 5cO et 7CO .Î ine? 1, (rE;::;

   t.:.ute 11 (2¯i;'¯,eu:t de la couche tre.apée et ceci sans aucun risque de ta:]L'.r-:;-s,   contrairement aux   fontes   ordinaires.. On   notera aussi que 

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 ces durcissements s'obtiennent avec des temps de chauffage très courts et le minimum de surchauffe, conditions qui ne seraient pas acceptées par d'autres fontes. 



   Un exemple concret d'application est donné ci- dessous. 



   Des moulages d'épaisseur 15 mm environ, de composi- tion suivante 
C =2,86%
Si = 1,45% 
 EMI5.1 
 Mn = 0, 84 r;, S =   0,008,   P = 0,021% Cu = 1,30 % 
 EMI5.2 
 I"g 0 ,07 ont été coulés en coquilles   .métalliques.   



   Le magnésium a été.introduit sous forme de cupro- -magnésium à 20   %   de magnésium. Il n'y a pas eu d'inoculation du silicium au moment de la'coulée. 



   Blancs à l'état.brut de couléeces moulages ont 
 EMI5.3 
 subi le cycle de traitements''comportant : 
Chauffage à   8400 -   30   -minutes   trempe huile
Réchauffage à   4500. -   8 heures puis refroidissement à l'air calme
Réchauffage à 9000   -.'4.heures   puis refroidissement . à'1'air calme. 



   Ils présentent alors'environ 10.000 sphérules de   2 graphite par mm , réparties de façon homogène sur une   
 EMI5.4 
 matrice de perlite .fine.' ..# 
Les caractéristiques mécaniques d'un tel matériau atteignent : 
90   kg/mm   de charge.de rupture
70 " " . limite élastique
6 % d'  allongeaient  
38 kg/mm de limite de fatigue. 



   Ces caractéristiques ne peuvent être observées sur des produits qui n'auraient pas subi le traitement thermique de germination et graphitisation en trois phases.



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   It is known that the addition of magnesium, in the form either of pure metal, or of alloys with other metals such as copper ', nickel -' or with metalloids such as silicon, makes it possible to obtain 'castings of spheroidal graphite cast iron. This spheroidal graphite can be obtained either entirely on solidification or partially on solidification., And partially by conventional annealing as practiced in the malleability of black-core cast iron.



   The moldings show, after graphitization annealing, few graphite spherules, numerous (30 to 300 per mm 2), quite coarse and often irregular.



   The mechanical characteristics of metals having this structure are much lower than those of diffuse graphite cast irons which were the subject of prior patents in the name of the present applicant.

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   The invention relates to the heat treatment of completely white cast iron compositions for diffuse graphite (completely free of solidifying graphite) by a three-step process comprising a martensitic (or, if necessary, bainitic quenching) followed by a tempering with germination of the graphite followed by graphitization at a higher temperature.



   According to the present invention, it has in fact turned out that it has been possible to obtain castings of cast iron having improved qualities and comprising infinitely numerous and fine graphite spherules, within limits never encountered previously, approximately 3,000 to 30,000 per mm2, these castings containing magnesium or alkali or alkaline earth metals or metals of the rare earth group incorporated alone or as a mixture, either simultaneously or successively.

   The compositions of these cast irons are poorer in carbon and silicon than the usual compositions of known spheroidal graphite cast irons; they vary according to the thickness of the parts to be formed, the nature of the molds, the method of casting and the result to be obtained.



   According to a first characteristic of the invention, the compositions of these cast irons are included within the following limits:
C = 2 to 3; =
Si = 1 to 2.5%
Mn = 0.6 to 1.6
Cu or Ni = 0 to 2 il
Al or Ti = 0 to 0.15%
 EMI2.1
 1 = 0.05 to 0.20 (or equivalent elements in equivalent quantities).



   For the most frequent compositions which contain copper and no nickel, the addition of

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 magnesium can be made 2Vc..ntê ::. ceusent blur -or¯ne of copper-magnesium alloy. There is no inoculation of the graphite by the. silicon, unlike spheroidal graphite solidifying cast irons.



   'According to another characteristic of the invention, these castings, cast white in core sand, green sand, or in metal shells with or without pressure, or by centrifugation, essentially undergo a thermal treatment cycle in order to obtain a very high number of graphite seeds according to known methods.

   This heat treatment cycle includes: a) A preliminary quenching, after austenization at a temperature slightly higher than that of the eutectoid transformation carried out with water or oil, or molten salt, so that the quenching structure is obtained without causing stains in the molding. b) A germination temper at a moderate temperature, generally around 450 and lasting from 1 to 48 hours. c) Reheating of graphitization carried out at high temperature and of sufficient duration, these two parameters being defined as a function of the composition, of the casting mode, and of the thickness of the molding.

   One can, for example, anneal at 880 for 1 to 4 hours depending on the case, which is considerably faster in the case of malleable cast irons.



   Between the germination income and the graphitization reheating, cooling may or may not be carried out, depending on the operating convenience.



   By this treatment process applied to cast irons of the compositions specified above, an entirely new material is obtained, with fine graphite spherules.

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  (about 3,000 to 30,000 spherules at: n: i, we mean 10,000 - appearing on microscopic examination) and with a pearlitic or ferri tic matrix, or comprising pearlite and ferrite in varying proportions, depending on the conditions: -
 EMI4.2
 after treatment ..: ent of Gr ::: - -hitization at high temperature.



   This new product is characterized by Mechanical properties which are infinitely closer to those of steels than to those of malleable or known spheroidal cast irons. Indeed, with the matrix structure
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 pearlitic, we usually get: G 0: i j "N'.1. 3? lO 1¯- i" -l-: '70 kr / i .: u2 X 3 <± 5 kL / a.i2 5.

   L #: <.. 8 with an endurance limit taken between 36 and 45 1L / Chill: .1?
These castings have, - moreover, all the qualities of saws; they are likely to be phosphated, tinned,
 EMI4.4
 chrome, etc ...; they can be electrically welded by spark or arc, or torch.



   They retain the ease of shaping, the good coefficient of friction, the ease of machining with a cutting tool, without having any of the disadvantages of cast iron, such as fragility, etc.
 EMI4.5
 



  These cast irons are susceptible to treatment; .. ents the'rui These cast irons are susceptible to further treatment in the same way as semi-hard construction steels or extruded tooling steels. In particular, they are sue- ceptible to be hardened superficially by surface heating, by high frequency induction, followed by the tube.
 EMI4.6
 "'r'1" Len "' l" + lC: "le One can thus" b - "" '/' .. I .. ".,., -les" 11 ',>,: -,' 1 - ':: ",' '' '0 ¯1' l'l 'c'e'" between 5cO and 7CO .Î ine? 1, (rE; ::;

   t.:.ute 11 (2¯i; '¯, eu: t of the tre.apée layer and this without any risk of ta:] L'.r -:; - s, unlike ordinary fonts .. We will note also that

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 these hardings are obtained with very short heating times and the minimum of overheating, conditions which would not be accepted by other cast irons.



   A concrete example of application is given below.



   Castings approximately 15 mm thick, with the following composition
C = 2.86%
Si = 1.45%
 EMI5.1
 Mn = 0.84 r ;, S = 0.008, P = 0.021% Cu = 1.30%
 EMI5.2
 I "g 0.07 were cast in metal shells.



   Magnesium was introduced as 20% magnesium cupro- -magnesium. There was no inoculation of the silicon at the time of pouring.



   Whites in the raw state, these casts have
 EMI5.3
 undergone the cycle of treatments '' comprising:
Heating to 8400 - 30 -minutes oil quenching
Reheating to 4500. - 8 hours then cooling in still air
Reheating to 9000 -. '4 hours then cooling. look calm.



   They then present about 10,000 spherules of 2 graphite per mm, distributed homogeneously over a
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 .fine perlite matrix. ' .. #
The mechanical characteristics of such a material reach:
90 kg / mm breaking load
70 "". Elastic limit
6% lengthened
38 kg / mm fatigue limit.



   These characteristics cannot be observed on products which have not undergone the heat treatment of germination and graphitization in three phases.


    

Claims (1)

REVENDICATIONS 1.- Obtention de moulages de fonte nouveaux à la fois par leur structure, le graphite se présentant sous forme de sphérules infiniment petites et en quantités extraordi- nairement élevées (3.000 à 30. 000 par mm2), et par leurs propriétés mécaniques et physiques, les fontes ayant une composition comprise dans les limites suivantes : EMI6.1 C =2à3;: "-tir Si = 1 à 2,5 lui = 0,6 à 1,6 Cu ou Ni = 0 à 2% Al ou Ti = 0 à 0,15 % EMI6.2 Hg = 0,05 à 0,20 . CLAIMS 1.- Obtaining new castings of cast iron both by their structure, the graphite being in the form of infinitely small spherules and in extraordinarily high quantities (3,000 to 30,000 per mm2), and by their mechanical and physical properties , the fonts having a composition within the following limits: EMI6.1 C = 2 to 3 ;: "-tir Si = 1 to 2.5 lui = 0.6 to 1.6 Cu or Ni = 0 to 2% Al or Ti = 0 to 0.15% EMI6.2 Hg = 0.05 to 0.20. (ou éléments équivalents en quantités équivalentes),et les moulages étant coulés blancs en sable à noyaux, sable vert, ou en coquilles métalliques avec ou sans pression, ou par centrifugation et subissant ensuite une suite de traitements thermiques, comportant : a) Une trempe préalable, après austénisation à une température légèrement supérieure à celle de la transformation eutectoide, effectuée à l'eau ou à l'huile, ou au. sel fondu, de telle sorte que la structure de trempe soit obtenue sans provoquer de tapures du moulage. b) Un revenu de germination effectué à une température modérée, généralement voisine de 4500 et d'une durée variant de 1 à 48 heures. (or equivalent elements in equivalent quantities), and the castings being cast white in core sand, green sand, or in metal shells with or without pressure, or by centrifugation and then undergoing a series of heat treatments, comprising: a) Quenching prior, after austenization at a temperature slightly higher than that of the eutectoid transformation, carried out with water or oil, or. molten salt, so that the quenching structure is obtained without causing pitting of the molding. b) A germination tempering carried out at a moderate temperature, generally around 4500 and lasting from 1 to 48 hours. c) Un réchauffage de graphitisation effectué à haute température et de durée suffisante, ces deux paramètres étant définis en fonction de la composition, du mode de coulée, et de l'épaisseur du moulage. c) Reheating of graphitization carried out at high temperature and of sufficient duration, these two parameters being defined as a function of the composition, of the casting method, and of the thickness of the molding. 2. - Dans la suite de traitements thermiques selon 1) entre le revenu de germination et le r 'chauffage de graphitisation, on peut ou non pratiquer un refroidissement suivant les commodités opératoires. <Desc/Clms Page number 7> 2. - In the series of heat treatments according to 1) between the germination tempering and the graphitization heating, cooling may or may not be carried out depending on the operating convenience. <Desc / Clms Page number 7> 3.-A titre de produit nouveau, moulages obtenus suivant les procédés l) et 2). 3.-As a new product, moldings obtained according to processes 1) and 2). RESUME L'invention a pour objet l'obtention de moulages de fonte nouveaux à la fois par leur structure, le graphite se présentant sous forme de sphérules infiniment petites et en quantités extraordinairement élevées (3.000 à 30.000 par mm2), et par leurs propriétés mécaniques et physiques. ABSTRACT The object of the invention is to obtain new castings of cast iron both by their structure, the graphite being in the form of infinitely small spherules and in extraordinarily large quantities (3,000 to 30,000 per mm2), and by their mechanical properties and physical.
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