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"Fonte grise"
La présente invention, due à Messieurs Charles Defrancq et Jan Van Eeghem, ingénieurs au Centre de Recherches scientifiques et techniques de l'Industrie des Fabrications métalliques (CRIF), concerne une fonte grise.
Les fontes grises actuellement dénommées "fontes grises à graphite lamellaire à haute résistance" ont une relativement fai- ble teneur en carbone (2,6 à 3,2%) et en silicium (1 à 1,5%) La résistance à la traction de ces fontes, mesurées sur des barreaux standards d'un diamètre de 30 mm, dépasse rarement les 45 kg/mm2, tandis que leur dureté peut aller jusqu'à 320 Brinell.
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Pour atteindre cette résistance, il est d'ailleurs gé- néralement nécessaire d'y ajouter des éléments d'alliage coûteux, tels que du cuivre. du nickel, du molybdène et/ou du chrome, et de leur faire subir un traitement efficace d'inoculation. Ces fontes connues à haute résistance présentent en outre par suite de leur faible teneur en carbone et en silicium, l'inconvénient d'une ten- dance importante à la trempe lédeburitique. Le danger de formation de fonte blanche inusinable est-dcnc d'autant plus grand que l'épais- seur de paroi de la pièce à couler est mince. En outre, par suite . de leur dureté élevée, les fontes classiques à haute résistance se - prêtent assez mal à l'usinage.
L'on a déjà proposé, il y a plus de 30 ans, de fabri- quer des fontes à base de fer,de carbone et d'aluminium, avec peu ou pas de silicium.
Toutefois, ces fontes ont été coulées à l'état non ino- culé et¯¯leurs propriétés étaient inférieures à celles des fontes classiques au silicium.
Nos connaissances actuelles sur le mécanisme de l'ino- culation des fontes grises permettent d'en donner une explication plausible¯
En effet, en raison du pouvoir désoxydant de l'aluminium, les fontes à baute teneur en aluminium ne contiennent pratiquement plus d'oxygène dissout sous forme'de FeO, ni d'oxygène combiné à du silicium sous forme d'inclusions de silice (SiO2). En conséquence, les particules de silice, germes naturels de graphitisation des fontes grises au silicium, sont absentes ; en conséquence,ces fontes connues à l'aluminium et non inoculées manifestant une forte tendan- ce à la trempe lédeburitique et leur résistance à la traction n'est pas plus élevée, si pas moindre, que celle des fontes au silicium.
La présente invention propose un alliage nouveau et amélioré, ayant des propriétés que l'on ne rencontre pas dans la fonte où l'aluminium est utilisé avec des teneurs moyennes ou éle- vées en silicium,(teneurs qui sont d'ailleurs normales dans les
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fontes classiques 'au silicium) ni dans la fonLe ou $ion utilise des teneurs élevées en silicium sang aluminium,même inoculée avec un alliage à base de calcium, de baryum ou de strontium. A cet effet, la fonte.selon l'invention est caractérisée en ce que d'une part- elle comprend de l'aluminium en tant qu'élément graphitisant et en ' ce que d'autre part, elle est.inoculée.
Les fontes grises selon l'invention donnent des résis- tances à la traction variant, pour des fontes à graphite lamellaire, de 35 à 70 kgf/mm2 selon la massîveté et les teneurs en carbone et en aluminium et avec une tendance à la trempe lédeburitique quasi inexistante=
On connaît par le brevet belge¯563.449 un alliage fer- reux pour l'obtention duquel l'on ajoute conjointement du manganèse et de l'aluminium dans le but de conférer à la fonte une meilleure résistance à l'usure et à la chaleur. Les propriétés de cette fonte connue sont très différentes de celles de la fonte selon le pré- sent brevet et la preuve en sera apportée par les indications plus détaillées qui suivent au sujet de la fonte faisant l'objet du pré- sent brevet.
Selon le brevet U¯S¯A¯ 2.662.820. l'on propose d'ajou- ter de l'aluminium en cours de fabrication d'une fonte grise; il faut toutefois remarquer qu'il s'agit de fabriquer une fonte classi- sphéroïdal que à graphite/ le rôle de l'aluminium étant de prolonger la durée de l'effet de l'agent de nodulisation.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'in- vention, la fourchette utile-et économique de la teneur en aluminium contenue dans la fonte se situe entre 1 et 3%
De préférence, la teneur en silicium des fontes grises selon l'invention est avantageusement inférieure à 1%.
Selon une forme de réalisation particulière de l'inven- tion, la teneur en silicium-,en -tant qu'élément graphitisant est nul- .- le . Avantageusement en effet, -selon l'invention,l'élément inocuiant
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actif choisi dans le groupe comprenant le calcium, le baryum et le strontium, est introduit dans la fonte par un support comprenant de l'aluminium.
D'autres détails et particularités de l'invention res- sortiront de la description donnée ci-après à titre non limitatif, de plusieurs exemples de réalisation de l'invention avec référence aux troisfiguesannexées qui représentent des diagrammes comparatifs des. propriétés physiques de la fonte selon l'invention.
Le diagramme figure 1, montre à titre d'illustration, la variation, en fonction de la teneur-en carbone (abscisse), de la résistance à la traction déterminée sur barreaux !? 30 mm (ordonnée ) de fontes contenant respectivement en moyenne 1,8 (courbe 1) et
2,5% (courbe 2) d'aluminium, et inoculées par addition de 1% de
SiCa
La droite en traits interrompus, 3, de la figure 1 dcn- ne la résistance théorique à la traction des fontes classiques à
1,5% de silicium. on constate qu'à teneurs en carbone égales, les résis- tances des fontes à l'aluminium inoculées au SiCa sont donc de 10 à
15 kgf/mm2 supérieures à celles des fontes classiques à 1,5% de silicium.
Suvent une forme de réalisation avantageuse de l'inven- ion, la fourchette utile et économique de la teneur en aluminium conterue dans la fonte se situe entre 1 et 3%.
La figure 2 illustre l'influence de la teneur en sili- cium(a bscisse) sur la résistance à la traction (ordonnée ), de la fonte à l'aluminium inoculée, coulée en éprcuvettes de 3 massivetés différentes, La courbe 4 désigne un barreau de 0 30 mm, la courbe 5 un barreau de 0 20 mm et la courbe 6 un barreau de 0-12 mm.
On constate que .l'influence de la teneur en silicium est faible entre 0,4 et 0,8%, que la teneur optimale se situe vers 0,75% et qu'au-delà de 0,9% de silicium,la chute de résistance est
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très rapide.
La teneur en silicium des fontes grises selon linven-- tion doit donc avantageusement être inférieure à 1%.
Selon une forme de réalisation particulière de l'inven- tion, la teneur en silicium en tant quelément graphitisant est même nulle, ce dernier étant remplacé totalement par l'aluminium.
L'influence de teneurs croissantes en manganèse, en soufre et en phosphore sur les propriétés d'une fonte de base ti- trant 2,7% de carbone, 0,45% de silicium et 1,84% d'aluminium est mise en évidence dans le tableau ci-après.
TABLEAU I Influence du Mn, du S, et du P-sur les propriétés mécaniques de
EMI5.1
¯--¯¯ . ¯¯¯ ¯¯¯¯ la fonte à l'aluminium
EMI5.2
Fonte Profon- ! Rt qf/mm2¯¯¯¯¯¯¯¯ Module de deur de 0 30 mm 0 20 mmo 12 mm HB 0 30 mm choc trempe lçgfcm/cm3 ¯¯¯¯ ¯¯¯¯ en mm ¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ % Mn
EMI5.3
<tb> 0,35 <SEP> 2 <SEP> 51,3 <SEP> 53,6 <SEP> 55,2 <SEP> 257 <SEP> 12,9
<tb>
EMI5.4
o,60 3 51 9 53 8 54, 6 260 12, 5
EMI5.5
<tb> A <SEP> 0,93 <SEP> 3 <SEP> 47,5 <SEP> 44,2 <SEP> 280 <SEP> 9.9
<tb> 1, <SEP> la <SEP> 9 <SEP> 47,5 <SEP> 46 <SEP> 47,1 <SEP> 281 <SEP> 6, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
<tb> % <SEP> S
<tb> 0,025 <SEP> 1 <SEP> 48,6 <SEP> 52 <SEP> 256 <SEP> 12,2
<tb> 0.038 <SEP> 2 <SEP> 46,5 <SEP> 51,2 <SEP> 51,8 <SEP> 224 <SEP> 12,1
<tb> B <SEP> 0,051 <SEP> 4 <SEP> 49,2 <SEP> 51,2 <SEP> 53,5 <SEP> 249 <SEP> 10,9
<tb> 0,
079 <SEP> 5 <SEP> 43,6 <SEP> 48 <SEP> 50 <SEP> 252 <SEP> 11,6
<tb>
<tb>
<tb> 0,047 <SEP> 2 <SEP> 51,7 <SEP> 52, <SEP> 6 <SEP> 54,1 <SEP> 244- <SEP> 13,8
<tb> 0,071 <SEP> 2 <SEP> 52,1 <SEP> 54 <SEP> 257 <SEP> 131,1
<tb> C <SEP> 0,112 <SEP> 2 <SEP> 51 <SEP> 49,2 <SEP> 52,3 <SEP> 249 <SEP> la,7
<tb> 0,182 <SEP> 2 <SEP> 49,2 <SEP> 50 <SEP> 51,5 <SEP> 246 <SEP> 8,2
<tb>
Ces résultats montrent que le manganèse augmente la profondeur de trempe et fait chuter la résistance à la traction et la valeur du module de choc, particulièrement à partir d'une teneur en manganèse dépassant 0,6%.
Le soufre augmente-la profondeur de trempe et baisse la résistance à la traction et le module de choc.
Le phosphore n'influe pas la profondeur de trempe, mais entraîne une diminution nette du module de choc.
Il est donc avantageux de limiter les teneus en man-
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ganèse, en soufre et en phosphore respectivement aux maxima- suivants:
0,7% pour le Mn; 0,05% pour le S et 0,1% pour le P.
Par suite de l'absence de germes naturels, et malgré l'effet graphitisant de l'aluminium, la tendance à la trempe léde- buritique des fontes, selon l'invention mais non-inoculées, est très grande.
La profondeur de trempe se situe généralement pour une fonte non inoculée entre 20 mm et la trempe totale; elle devient pratiquement inexistance (0 - 2 mm) après l'inoculation.
A noter cependant que ce résultat ne peut être obtenu que par addition d'une plus forte quantité d'alliage inoculant que celle utilisée pour l'inoculation des fontes classiques au silicium.
En effet, là où les fontes classiques sont généralement inoculées avec 0,1 à 0,3% d'un alliage inoculant, par exemple du
SiCa, les fontes selon l'invention doivent être inoculées avanta- geusement avec au moins 0,3% de SiCa.
Bien que les propriétés augmentent en fonction de la quantité d'inoculant ajouté, il n'est économiquement pas justifié d'utiliser plus de 2% de SiCa.
Il est à remarquer qu'il n'est pas indispensable que l'inoculant contienne du silicium comme véhiculant de l'élément inoculant actif.
Au contraire, pour éviter l'introduction de silicium dans la fonte et l'accumulation de cet élément lors de 1utilisa-¯ tion de retours de fonderie, il est même avantageux de pratiquer l'inoculation avec des alliages du type Fe-Al-Ca ne contenant pas de silicium, développés spécialement à cet effet.
La courbe 7 de la figure 3 donne la relation entre la résistance à la traction (ordonnée )-et- la dureté Brinell (abscisse) des fontes à l'aluminium. Les cercles représentent les résultats d'essai pour des fontesà 1,8% d'Al tandis que les croix représen- tent les résultats pour des fontes à 2,5% d'Al lee essais ayant été
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effectués sur des barreaux de fonte de 0 30 mm inoculée avec 1% de SiCa.
A titre de comparaison avec les fontes classiques au silicium, la droite en traits pointillés 8 donne pour celles-ci, la relation théorique d'après l'équation
HB = 100 + 4,3 Rt ,, où HB signifie "dureté Brinell-
Rt signifie "résistance à la traction "
Les cercles pleins représentent les quelques rares données quantitatives relatives aux fontes classiques à très haute résistance signalées dans la-littérature.
Il résulte de la figure 3 qu'à résistance à la traction égale, le dureté Brinell des fontes à l'aluminium est en moyenne de 50 à 60 points Brinell inférieure à celle des fontes classiques au silicium.
Malgré des résistances élevées, les duretés des fontes selon l'invention sont donc relativement faibles; il s'ensuit que leur usinabilité est comparable sinon meilleure que celle des fontes au silicium.
Les fontes selon l'invention présentent également l'a- vantage d'être fabriquées à partir de matières premières peu coù= teuses d'un approvisionnement aisé en toutes circonstances.
Les nouvelles fontes se prêtent particulièrement bien pour la coulée de pièces à haute résistance et de pièces minces né- cessitant un usinage ultérieur.
L'aluminium contenu dans ces fontes empêche toute réac- tion moule-métal de sorte que l'adhérence du sable est quasi inexis- tante,
Le peau des pièces en fonte à l'aluminium est-ainsi plus/belle que celle des pièces en- fontes classiques au silicium ce qui permet de réaliser une économie sur les frais de nettoyage.
Un domaine d'application particulièrement intéressant
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pour ces nouvelles fontes est celui de la coulée en moule métalli- que..
Les pièces en fontes classiques au silicium coulées en moule métallique doivent généralement subir un traitement thermique pour décomposer les carbures qui se sont formés lors du refroidisse- ment rapide dans le saoule.
Ses essais ont montré que par suite de la très faible tendance à la trempe lédeburitique des selon l'invention, les pièces coulées en roule métallique avec ces fontes ne doivent subir aucun traitement thermique ultérieur. on donnera ci-après ceux exemples non limitatifs de composition d'une fonte grise selon l'iovention, non traitée pour nodulation, coulée sous .forme de barres.
Les tableaux des mesures de résistance et de dureté de l'exemple 1 indiquent, pour la compa-- raison, les résultats -de mesure d'une fonte selon l'invention qui a donc été inoculée, la teneur en Si étant la somme de la teneur iné- vitable des matériaux de départ et de la teneur comme ccpcsant de l'inoculant, et de la fonte de base non inoculée dont la teneur en
Si est celle inévitable des matériaux de départ.
EXEMPLE 1
Composition chimique : -fente de base non inoculée : 2,90% C; 0.09% Si; 1,85% Al -fente inoculée à 1% de SiCa: 2,70% C; 0. 3 5% Si; 1,85% Al
Résistance à la traction, en kgf/mm2
EMI8.1
<tb> 30mm <SEP> 20mm <SEP> 12mm
<tb>
<tb> non <SEP> incculée <SEP> inoculée <SEP> non <SEP> inoculée <SEP> inoculée <SEP> non <SEP> inoculée <SEP> inoculée
<tb>
<tb>
<tb> 24,7 <SEP> 50,2 <SEP> 38,9 <SEP> 52,6 <SEP> fonte <SEP> blanche <SEP> 57.
<SEP> 9
<tb>
Profondeur de trempe en mm Module de chloc kgfcm/cm3 (# 30 mm)
EMI8.2
<tb> Kon <SEP> inoculée <SEP> Inoculée
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> 5,6 <SEP> 12,5
<tb>
<tb>
<tb>
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Dureté Brineil
EMI9.1
ÇJ 30 mm 20 mm 12 san non inoculea ! Inoculée .non! inoculée L-ioc7ila- non inoculée -inoculée
EMI9.2
<tb> 246 <SEP> 234 <SEP> 295 <SEP> 256 <SEP> fonte <SEP> blanche <SEP> - <SEP> 280
<tb> (330)
<tb>
EXEMPLE 2
Dans cet exemple, on ajottepour comparaison,une fonte inoculée avec 1% de fe-Al-Ca.
EMI9.3
##-..# ¯¯ Coaposimon Ci'=ïTi.;,'.8 5[C S4 5d\!.l'! 1' 9S - % 3.
EMI9.4
<tb> non <SEP> inoculée <SEP> 8,18 <SEP> 0,15 <SEP> 0,45 <SEP> 0,042 <SEP> 0,040 <SEP> 2,53
<tb>
<tb> inoculée <SEP> au <SEP> SiCa <SEP> 3,02 <SEP> 0,77 <SEP> 0,44 <SEP> 0,042 <SEP> 0,030 <SEP> 2,53
<tb>
EMI9.5
inoculée au =e-hl-Ca 3,10 0.i2 0,:5 0,041 0,031 2,85 Fe : C. : 1 : d'; a s :tf Propr iétés . \vi 30 um 20 enz 12- roza 'non J sLizaµFeh=lGa 3c r (#o; sicai FaAlCa non' gé 12 un FeA1ca ¯¯¯¯¯¯¯¯¯LLS-¯¯¯ # i' }¯¯¯4¯¯¯¯¯ t jL.noc'.
O Résistance } ! l'l:noc.r1:- à la trac - tion kgf/ j MM2 ; 4G,1"47,6j 4,8 42 :518 z .43,zut 53.3 55,1 Dureté C.l,7.6; 49.S ( 1 53.5 43.2/ 3,3f 5.1 Dureté : .- ! 28 302 Brinell 239 ,241 245 272 28-5 278 288 302 o 1 302 ¯¯¯¯¯¯¯¯! !¯¯¯¯¯¯i 1 non inoculée SiCa Fe-Al-Ca
EMI9.6
Pro-fondeur de trempe en mm : 20-- ne: rt e. --
On peut ajouter à la fonte inoculée dont la composition a été signalée, des quantités variables d'éléments d'alliages, séparément cu simultanément., suivant les propriétés particulières que l'on désire en outré de celles d'une résistance élevée (résis- tance à la corresion, à la chaleur, etc,).' C'est ainsi que l'on peut ajouter notamment
Cuivre = 0-6% Nickel :
0-12% Chrome : 0-5%
EMI9.7
¯- ?.blybé);e : O-2% 3irc<oniina : z o-1% Xl àoit tr.s-este.ndu que l'invention n-*est 'pas 'l'imitée
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à la forme de réalisation décrite et que bien des variantes -peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1. Fonte grise inoculée, caractérisée en ce qu'elle comprend de l'aluminium en tant qu'élément graphitisant.
2. Fonte grise selon la revendication 1, caractérisée en ce que la-teneur en aluminium est au maximum d'environ 3%.
3. Fonte grise selon l'une ou l'autre des revendications
1 et 2, caractérisée en ce que sa teneur en silicium est au maximum d'environ 1%
4. fonte grise selon l'une ou l'autre des revendications
1 à 3, caractérisée en ce que la teneur en silicium, en tant qui élément graphitisant est nulle.
5. Fonte grise selon l'une quelconque des revendcations
1 à 4, caractérisée en ce que sa teneur en carbone est de l'ordre de 2 à 4%.
6. Fonte grise selon l'une quelconque des reveiidications
1 à 5, caractérisée en ce que l'élément inoculant actif choisi dans le groupe comprenant le calcium,le baryum et lestrontium, est in- troduit dans la fonte par un support comprenant de l'aluminium.
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"Grey font"
The present invention, due to Messrs Charles Defrancq and Jan Van Eeghem, engineers at the Center for Scientific and Technical Research in the Metal Fabrications Industry (CRIF), relates to gray cast iron.
Gray cast irons currently referred to as "high strength gray flake graphite cast irons" have a relatively low carbon (2.6 to 3.2%) and silicon (1 to 1.5%) content. of these cast irons, measured on standard bars with a diameter of 30 mm, rarely exceeds 45 kg / mm2, while their hardness can go up to 320 Brinell.
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To achieve this resistance, it is also generally necessary to add expensive alloying elements, such as copper. nickel, molybdenum and / or chromium, and to subject them to an effective inoculation treatment. These known high strength cast irons also have, due to their low carbon and silicon content, the drawback of a significant tendency towards ledeburitic quenching. The danger of formation of unworkable white cast iron is therefore greater the thinner the wall thickness of the part to be cast. Further, as a result. Due to their high hardness, conventional high strength cast irons are not very suitable for machining.
It was already proposed, more than 30 years ago, to manufacture cast irons, carbon and aluminum, with little or no silicon.
However, these castings were cast in the uninoculated state and their properties were inferior to those of conventional silicon castings.
Our current knowledge of the mechanism of inoculation of gray cast iron allows us to give a plausible explanation.
In fact, due to the deoxidizing power of aluminum, cast irons with a high aluminum content hardly contain dissolved oxygen in the form of FeO, nor oxygen combined with silicon in the form of silica inclusions ( SiO2). Consequently, the silica particles, natural seeds of graphitization of gray cast iron with silicon, are absent; consequently, these known aluminum and uninoculated cast irons exhibit a strong tendency to ledeburitic quenching and their tensile strength is no higher, if not lower, than that of silicon cast irons.
The present invention provides a new and improved alloy, having properties that are not found in cast iron where aluminum is used with medium or high silicon contents (contents which are moreover normal in
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conventional cast iron (silicon) or in the iron or $ ion uses high levels of silicon blood aluminum, even inoculated with an alloy based on calcium, barium or strontium. To this end, the cast iron according to the invention is characterized in that on the one hand it comprises aluminum as a graphitizing element and in that on the other hand it is inoculated.
The gray cast irons according to the invention give tensile strengths varying, for lamellar graphite cast irons, from 35 to 70 kgf / mm2 depending on the mass and the carbon and aluminum contents and with a tendency to ledeburitic quenching. almost non-existent =
A ferrous alloy is known from patent belgē563,449 for obtaining which manganese and aluminum are added jointly with the aim of giving the cast iron better resistance to wear and to heat. The properties of this known cast iron are very different from those of cast iron according to the present patent and this will be proved by the more detailed indications which follow concerning the cast iron which is the subject of this patent.
According to the patent U¯S¯A¯ 2,662,820. it is proposed to add aluminum during the manufacture of a gray cast iron; it should be noted, however, that it is a question of making a classi- spheroidal cast iron with graphite / the role of aluminum being to prolong the duration of the effect of the nodulizing agent.
According to an advantageous embodiment of the invention, the useful and economical range of the aluminum content contained in the cast iron is between 1 and 3%.
Preferably, the silicon content of the gray cast irons according to the invention is advantageously less than 1%.
According to a particular embodiment of the invention, the silicon content, as a graphitizing element is zero. Advantageously in fact, according to the invention, the inocuiant element
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active agent chosen from the group comprising calcium, barium and strontium, is introduced into the cast iron by a support comprising aluminum.
Other details and features of the invention will emerge from the description given below, without limitation, of several exemplary embodiments of the invention with reference to the three appended figures which represent comparative diagrams of. physical properties of the cast iron according to the invention.
The diagram in FIG. 1 shows by way of illustration the variation, as a function of the carbon content (abscissa), of the tensile strength determined on bars !? 30 mm (ordinate) of fonts containing an average of 1.8 (curve 1) and
2.5% (curve 2) of aluminum, and inoculated by addition of 1% of
If it
The dotted line, 3, in figure 1 denotes the theoretical tensile strength of conventional cast irons at
1.5% silicon. it can be seen that, with equal carbon contents, the strengths of the aluminum castings inoculated with SiCa are therefore from 10 to
15 kgf / mm2 higher than those of conventional cast iron with 1.5% silicon.
According to an advantageous embodiment of the invention, the useful and economical range of aluminum content in the cast iron is between 1 and 3%.
Figure 2 illustrates the influence of the silicon content (a bscisse) on the tensile strength (ordinate), of inoculated aluminum casting, cast in test tubes of 3 different massivities. Curve 4 denotes a bar of 0 30 mm, curve 5 a bar of 0 20 mm and curve 6 a bar of 0-12 mm.
It can be seen that the influence of the silicon content is low between 0.4 and 0.8%, that the optimum content is around 0.75% and that beyond 0.9% of silicon, the resistance drop is
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very fast.
The silicon content of the gray cast irons according to the invention should therefore advantageously be less than 1%.
According to a particular embodiment of the invention, the silicon content as a graphitizing element is even zero, the latter being completely replaced by aluminum.
The influence of increasing manganese, sulfur and phosphorus contents on the properties of a base iron containing 2.7% carbon, 0.45% silicon and 1.84% aluminum is highlighted. evidence in the table below.
TABLE I Influence of Mn, S, and P-on the mechanical properties of
EMI5.1
¯ - ¯¯. ¯¯¯ ¯¯¯¯ aluminum casting
EMI5.2
Cast Iron Profon-! Rt qf / mm2¯¯¯¯¯¯¯¯ Modulus of stress 0 30 mm 0 20 mmo 12 mm HB 0 30 mm shock hardening lçgfcm / cm3 ¯¯¯¯ ¯¯¯¯ in mm ¯¯¯¯¯¯ ¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯% Mn
EMI5.3
<tb> 0.35 <SEP> 2 <SEP> 51.3 <SEP> 53.6 <SEP> 55.2 <SEP> 257 <SEP> 12.9
<tb>
EMI5.4
o, 60 3 51 9 53 8 54, 6 260 12, 5
EMI5.5
<tb> A <SEP> 0.93 <SEP> 3 <SEP> 47.5 <SEP> 44.2 <SEP> 280 <SEP> 9.9
<tb> 1, <SEP> the <SEP> 9 <SEP> 47.5 <SEP> 46 <SEP> 47.1 <SEP> 281 <SEP> 6, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
<tb>% <SEP> S
<tb> 0.025 <SEP> 1 <SEP> 48.6 <SEP> 52 <SEP> 256 <SEP> 12.2
<tb> 0.038 <SEP> 2 <SEP> 46.5 <SEP> 51.2 <SEP> 51.8 <SEP> 224 <SEP> 12.1
<tb> B <SEP> 0.051 <SEP> 4 <SEP> 49.2 <SEP> 51.2 <SEP> 53.5 <SEP> 249 <SEP> 10.9
<tb> 0,
079 <SEP> 5 <SEP> 43.6 <SEP> 48 <SEP> 50 <SEP> 252 <SEP> 11.6
<tb>
<tb>
<tb> 0.047 <SEP> 2 <SEP> 51.7 <SEP> 52, <SEP> 6 <SEP> 54.1 <SEP> 244- <SEP> 13.8
<tb> 0.071 <SEP> 2 <SEP> 52.1 <SEP> 54 <SEP> 257 <SEP> 131.1
<tb> C <SEP> 0.112 <SEP> 2 <SEP> 51 <SEP> 49.2 <SEP> 52.3 <SEP> 249 <SEP> la, 7
<tb> 0.182 <SEP> 2 <SEP> 49.2 <SEP> 50 <SEP> 51.5 <SEP> 246 <SEP> 8.2
<tb>
These results show that manganese increases the quench depth and lowers the tensile strength and the value of the impact modulus, particularly from a manganese content exceeding 0.6%.
Sulfur increases quench depth and lowers tensile strength and modulus of impact.
Phosphorus does not influence the quench depth, but causes a marked decrease in the impact modulus.
It is therefore advantageous to limit the teneus in man-
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ganesis, sulfur and phosphorus respectively at the following maxima:
0.7% for Mn; 0.05% for S and 0.1% for P.
Owing to the absence of natural germs, and in spite of the graphitizing effect of aluminum, the tendency for the ledgeritic quenching of the cast iron, according to the invention but not inoculated, is very great.
The hardening depth is generally for a non-inoculated cast iron between 20 mm and the total hardening; it becomes practically non-existent (0 - 2 mm) after inoculation.
Note, however, that this result can only be obtained by adding a larger amount of inoculating alloy than that used for inoculating conventional silicon melts.
In fact, where conventional cast irons are generally inoculated with 0.1 to 0.3% of an inoculating alloy, for example
SiCa, the melts according to the invention should advantageously be inoculated with at least 0.3% SiCa.
Although the properties increase with the amount of inoculant added, it is not economically justified to use more than 2% SiCa.
It should be noted that it is not essential for the inoculant to contain silicon as the carrier of the active inoculant element.
On the contrary, to avoid the introduction of silicon into the cast iron and the accumulation of this element during the use of foundry returns, it is even advantageous to carry out inoculation with alloys of the Fe-Al-Ca type. containing no silicon, specially developed for this purpose.
Curve 7 in Figure 3 gives the relationship between tensile strength (ordinate) -and Brinell hardness (abscissa) of aluminum castings. The circles represent the test results for 1.8% Al cast irons while the crosses represent the results for 2.5% Al cast irons which have been tested.
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carried out on 0 30 mm cast iron bars inoculated with 1% SiCa.
By way of comparison with conventional silicon iron, the line in dotted lines 8 gives for them the theoretical relationship according to the equation
HB = 100 + 4.3 Rt ,, where HB means "Brinell hardness-
Rt stands for "tensile strength"
The filled circles represent the few quantitative data relating to conventional very high strength cast iron reported in the literature.
It follows from Figure 3 that at equal tensile strength, the Brinell hardness of aluminum cast irons is on average 50 to 60 Brinell points lower than that of conventional silicon cast irons.
Despite high strengths, the hardnesses of the cast irons according to the invention are therefore relatively low; it follows that their machinability is comparable if not better than that of silicon cast irons.
The cast irons according to the invention also have the advantage of being produced from inexpensive raw materials which are readily available in all circumstances.
The new cast irons are particularly suitable for casting high strength parts and thin parts which require further machining.
The aluminum contained in these cast irons prevents any mold-metal reaction so that the adhesion of the sand is almost non-existent,
The skin of castings with aluminum is thus more / beautiful than that of conventional castings with silicon, which makes it possible to save on cleaning costs.
A particularly interesting field of application
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for these new castings is that of metal casting.
Conventional silicon castings cast in a metal mold generally must undergo a heat treatment to decompose the carbides which have formed during the rapid cooling in the bake.
Its tests have shown that as a result of the very low tendency for ledeburitic quenching according to the invention, the parts cast in metallic rolls with these cast irons do not have to undergo any subsequent heat treatment. these non-limiting examples of the composition of a gray iron according to the invention, untreated for nodulation, cast in the form of bars, will be given below.
The tables of resistance and hardness measurements of Example 1 indicate, for comparison, the measurement results of a cast iron according to the invention which has therefore been inoculated, the Si content being the sum of the inevitable content of the starting materials and the content as the component of the inoculant, and of the uninoculated base melting, the content of which
If is the inevitable one of the starting materials.
EXAMPLE 1
Chemical composition: non-inoculated basic slit: 2.90% C; 0.09% Si; 1.85% Al - Slit inoculated with 1% SiCa: 2.70% C; 0.35% Si; 1.85% Al
Tensile strength, in kgf / mm2
EMI8.1
<tb> 30mm <SEP> 20mm <SEP> 12mm
<tb>
<tb> no <SEP> inoculated <SEP> inoculated <SEP> no <SEP> inoculated <SEP> inoculated <SEP> no <SEP> inoculated <SEP> inoculated
<tb>
<tb>
<tb> 24.7 <SEP> 50.2 <SEP> 38.9 <SEP> 52.6 <SEP> white <SEP> font <SEP> 57.
<SEP> 9
<tb>
Quenching depth in mm Shock modulus kgfcm / cm3 (# 30 mm)
EMI8.2
<tb> Kon <SEP> inoculated <SEP> Inoculated
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> 5.6 <SEP> 12.5
<tb>
<tb>
<tb>
<Desc / Clms Page number 9>
Brineil hardness
EMI9.1
ÇJ 30 mm 20 mm 12 san not inoculateda! Inoculated .no! inoculated L-ioc7ila- not inoculated -inoculated
EMI9.2
<tb> 246 <SEP> 234 <SEP> 295 <SEP> 256 <SEP> white <SEP> font <SEP> - <SEP> 280
<tb> (330)
<tb>
EXAMPLE 2
In this example, a cast iron inoculated with 1% Fe-Al-Ca is added for comparison.
EMI9.3
## - .. # ¯¯ Coaposimon Ci '= ïTi.;,'. 8 5 [C S4 5d \ !. l '! 1 '9S -% 3.
EMI9.4
<tb> not <SEP> inoculated <SEP> 8.18 <SEP> 0.15 <SEP> 0.45 <SEP> 0.042 <SEP> 0.040 <SEP> 2.53
<tb>
<tb> inoculated <SEP> at <SEP> SiCa <SEP> 3.02 <SEP> 0.77 <SEP> 0.44 <SEP> 0.042 <SEP> 0.030 <SEP> 2.53
<tb>
EMI9.5
inoculated with = e-hl-Ca 3.10 0.i2 0,: 5 0.041 0.031 2.85 Fe: C .: 1: d '; a s: tf Properties. \ vi 30 um 20 enz 12- roza 'non J sLizaµFeh = lGa 3c r (#o; sicai FaAlCa non' gé 12 un FeA1ca ¯¯¯¯¯¯¯¯¯LLS-¯¯¯ # i '} ¯¯¯ 4¯¯¯¯¯ t jL.noc '.
O Resistance}! l'l: noc.r1: - to traction - kgf / d MM2; 4G, 1 "47.6j 4.8 42: 518 z .43, zut 53.3 55.1 Hardness Cl, 7.6; 49.S (1 53.5 43.2 / 3.3f 5.1 Hardness: .-! 28 302 Brinell 239, 241 245 272 28-5 278 288 302 o 1,302 ¯¯¯¯¯¯¯¯!! ¯¯¯¯¯¯i 1 uninoculated SiCa Fe-Al-Ca
EMI9.6
Quench depth in mm: 20-- ne: rt e. -
Variable amounts of alloying elements can be added to the inoculated cast iron, the composition of which has been reported, separately or simultaneously, depending on the particular properties desired in addition to those of high resistance (resistance). tance to corresion, heat, etc,). ' This is how we can add in particular
Copper = 0-6% Nickel:
0-12% Chromium: 0-5%
EMI9.7
¯-? .Blybe); e: O-2% 3irc <oniina: z o-1% Xl must be tr.s-este.ndu that the invention is 'not' imitated
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to the embodiment described and that many variants can be made without departing from the scope of this patent.
CLAIMS
1. Inoculated gray cast iron, characterized in that it comprises aluminum as a graphitizing element.
2. Gray cast iron according to claim 1, characterized in that the aluminum content is at most about 3%.
3. Gray cast iron according to either of the claims
1 and 2, characterized in that its silicon content is at most about 1%
4. gray cast iron according to either of the claims
1 to 3, characterized in that the silicon content as a graphitizing element is zero.
5. Gray cast iron according to any one of the claims
1 to 4, characterized in that its carbon content is of the order of 2 to 4%.
6. Gray cast iron according to any one of the reveiidications
1 to 5, characterized in that the active inoculant element chosen from the group comprising calcium, barium and estrontium, is introduced into the cast iron by a support comprising aluminum.