CA1135475A - Process for fabricating cast iron parts - Google Patents

Process for fabricating cast iron parts

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CA1135475A
CA1135475A CA000346644A CA346644A CA1135475A CA 1135475 A CA1135475 A CA 1135475A CA 000346644 A CA000346644 A CA 000346644A CA 346644 A CA346644 A CA 346644A CA 1135475 A CA1135475 A CA 1135475A
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CA000346644A
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Charles Defrancq
Jacques Rouhier
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • 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
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    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10Making spheroidal graphite cast-iron

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Abstract

1. Process for producing castings, especially in spherical graphite moulds, of the kind in which the molten metal is poured from a ladle into a mould, characterised in that on the one hand, the magnesium content of the molten metal is between 0.03 and 0.07% and the aluminium content thereof is at least 0.1% and, on the other hand, that whilst pouring the molten metal the already known technique of pouring into a mould in which the atmosphere has previously been rendered inert by pouring liquid nitrogen into the bottom of the mould is utilised.

Description

1~35475 La présente invention concerne un procédé d'~labora-tion de pièces en fonte notamment en fonte à graphite sphé-roidal, du genre où l'on coule le m~tal en fusion d'une poche de préparation dans un moule.
Généralement, ce procédé de moulage de fonte à graphite sph~roidal et, à un moindre titre, de fonte dite lamellaire et de fonte dite alliée, est souvent sujet à des d~fauts que l'on dénomme généralement "piqûres" d'hydrogène.
Ces défauts sont provoqués par une baisse brutale de la solubilité de l'hydrogène dans le métal en cours de soli-di~ication, ils se produisent surtout dans des conditions de diffusibilité réduites, comme c'est le cas de pièces minces ou d'épaisseur moyenne.
Les piq~res d'hydrogène se forment généralement sous la peau de pièces dans une zone solidifiée et cette formation intervient avec un certain retard sur la solidification, si bien que ces défauts n'apparaissent pas immédiatement après démoulage. En fait, c'est au moment où les opérations de pa-rachèvement, telles qu'usinage des pièces moulées, que les piqûres d'hydrogène apparaissent à l'oeil et l'on est contraint alors à mettre au rebut les pièces ainsi moulées et presque complètement usinées. Il s'ensuit de fortes pertes dues non seulement au moulage, mais aux opérations ultérieures de démasselotage, de meulage, d'ébarbage, de t~aitements thermi-miques, etc...
; De nombreuses études ont été menées pour déterminer les causes de la présence de l'hydrogène dans le métal et l'on sait maintenant que cet hydrogène pro~lent de la décomposition de l'eau au contact du métal à haute température, cette eau pouvant être absorbée à différents stades du processus d'éla-boration, par exemple l'humidité de l'air ou des réfractaires -1 ~
. ~ ; . .
.,, ~ . . . .

constituant la paroi du four, du chenal con~uisant à la poche et enfin dans le moule lui-même, et l'on a pu également cons-tater que la cause essentielle de la présence d'hydrogène est précisément l'absorption d'hydrogène juste avant solidification, c'est-à-dire d'hydrogène qui se manifeste dans les moules de coulée.
C'est donc bien entendu les moules dits en sable à
vert qui causent le plus de défauts de piqûres d'hydrogène, puisque le sable qui les constitue présente une certaine hu-midité.
On a constaté également que ce défaut était accentuéen fonction de la longueur du parcours d'alimentation de la pièce moulée et que les pièces situées en bout de la grappe en étaient les plus affectées.
Pour remédier à ce défaut, en tout cas l'atténuer, on a bien proposé d'augmenter la température de coulée, ce qui, en reportant dans le temps la soli~ification de la pièce i coulée, favorise donc le dégazage et par là même évite dans une grande mesure la formation de piqûres dues à l'hydrogène.
Mais ce remède n'est pas toujours applicable, car il dépend de l'organisation de l'installation de moulage, des synchro-nisations dans leq processus de fusion et de moulage, etc...
et en outre, cette façon de faire occasionne une dépense é-nergétique suppl~mentaire non négligeable.
On a également proposé d'accroître la dose de noir minéral ou de brai dans le sable de moulage, de façon à modi-fier les conditions de cGntact du métal avec la paroi des moules et de ralentir l'oxydation du métal par l'oxygène pro-; venant de la décomposition de l'humidité. Le "mouillage" du sable par la fonte qui suppose la présence d'un film oxydéest ainsi évité. Bien que cette fa,con de faire ait également ' ' ' ' ' ~ ' ' ' ' :
~135475 pour effet de diminuer la présence d'hydrogène, elle augmente également, et de facon non négligeable, le coût du moulage.
On a bien constat~ le role de la teneur en aluminium des fontes dans la formation des piqûres d'hydrogène et on a pu établir que, pour les teneurs en magnésium habituelles de 0,03 à 0,07~/0, l'absorption d'hydrogène tend à augmenter avec la teneur en aluminium et le risque de piq~re intervient dès que la teneur en pourcentage des fontes en aluminium dé-passe quelques millièmes. Cette situation est d'autant plus gênante que généralement, la teneur en aluminium dans la fonte coulée est difficilement maltrisable. En effet, que la fonte de base contienne ou non de l'aluminium, l'obtention de fonte à graphite sphéroYdal nécessite l'introduction de produits d'addition et de traitements tels que nodulisants, inoculants, qui contiennent de l'aluminium, si bien qu'en général, on ne peut prédéterminer à l'avance s'il y aura des piqûres d'hydrogène et quelle en sera l'importance.
La présente invention a pour objet un procédé d'élabo-ration de pièces en fonte, notamment en fonte à graphite sphé-roidal, qui permet d'éviter à coup sûr la formation de piqûresd'h~drogène et cette invention est caractérisée par l'utilisa-tion impérativement conjointe de deux mesures chacune connue en soi: d'une part, on fait en sorte que la teneur de la fonte en magnésium étant comprise entre 0,03 et 0,07%, la teneur teneur en aluminium soit au moins égale à 0,1% et d'autre part, l'on applique a ladite fonte en cours de coulée, la tech-nique connue en soi de coulée en moule inerté par de l'azote liquide préalablement d~versé en fond de moule. Ainsi, l'in-vention permet de combiner deux mesures d'une fa~on particu-lièrement performante, en effet, on avait bien constaté qu'enaugmentant au- delà des valeurs usuelles la teneur en alumi-1~3S47S
nium dans une fonte, la quantité de l'hydrogène incluse pas-sait par un maximum, puis décroissait régulièrement pour pratiquement s'annuler, pour des teneurs d'aluminium de 0,1%
et plus. Mais on n'avait pas ~té plus loin que cette cons-tatation, car les essais qui avaient été faits avec de telles teneurs en aluminium avaient conduit à d'autres inconvénients consistant en des inclusions d'alumine. En effet, les quan-tités d'aluminium relativement importantes incluses dans la fonte, que ce soit au four ou lors de la coulée en poche par exemple, réagissent avec l'oxygène de l'air pour former de l'alumine. Dans la majorité des cas, cette alumine, qui pré-sente une densité plus faible que la fonte, décante facilement aux différents stades d'élaboration dans le four, en poche, et peut être ainsi aisément éliminée. Au contraire, lors d'une coulée en moule, on ne peut assurer cette d~cantation, car aussi bien la forme du conduit d'alimentation que celle de l'empreinte ou des évents, est toujours telle qu'il se crée au sein du métal en cours de coulée, d'importantes turbulen-ces qui interdisent donc toute décantation. L'alumine reste donc dans la fonte en cours de solidification sous forme d'in-clusions gén~ralement près de la surface. Ces inclusions ou "crasses" n'ont pas d'adhérence ni de résistance et leur présence diminue donc la tenue mécanique en surface des piè-ces ainsi moulées.
Grâce à l'intervention conjointe de la seconde mesure préconisée par l'invention, qui consiste à éviter toute pré-senc~ d'air dans la cavité de moulage, on peut être sûr que lors de l'opération de moulage au moins, aucune formation d'alumine ne peut se produire et comme on a vu que les crasses qui s'étaient formées antérieurement à l'opération de moulage pouvaient être facilement ~liminées, on parvient donc, grace 1135~7S
à la conjonction des deux mesures préconisées par l'invention à faire en sorte qu'aucune inclusion d'alumine ne subsiste dans les pièces moulées, donc à éviter, en outre, les indésirables piqûres d'hydrogène.
A titre d'exemple, une fonte de base coulée en poche avec addition de 0,1% d'aluminium, nodulisée par traitement par cloche plongeuse avec Fe Si Mg (35% Mg) puis inoculée avec Fe Si, est transportée et coulée en sable à vert. Quel-ques dizaines de secondes avant la coulée du métal, les moules sont inertés en déversant dans la cavité de moulage une quan~
tité d'azote liquide dont le volume, à l'état vaporisé, est de 50 à 100 fois le volume de la cavité de moulage. A l'usi-nage, les défauts de piqûres d'hydrogène constatés précédem-ment à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et qui pouvaient conduire à des rebuts de 15%, pratiquement avaient disparu, le taux de rebut tombant à 2% et cela pour une con-sommation d'azo~e liquide d'environ 20 litre.s par tonne de pièces moulées.
L'invention s'applique essentiellement au moulage de fonte a graphite sph~roidal.

.
1 ~ 35475 The present invention relates to a method of ~ labora-tion of cast iron parts, in particular spherical graphite cast iron roidal, of the kind in which the molten metal is poured from a pocket of preparation in a mold.
Generally, this graphite cast iron molding process sp ~ roidal and, to a lesser extent, so-called lamellar iron and of so-called alloyed cast iron, is often subject to faults which generally called "hydrogen stings".
These faults are caused by a sudden drop in the solubility of hydrogen in the metal during soli-di ~ ication, they occur especially in conditions of reduced diffusibility, as is the case with thin parts or medium thickness.
Hydrogen piq ~ res generally form under the skin of parts in a solidified area and this formation intervenes with a certain delay on solidification, if although these faults do not appear immediately after demoulding. In fact, it was at the time when the pa-completion, such as machining of molded parts, that the hydrogen stings appear to the eye and one is forced then to discard the parts thus molded and almost completely machined. It follows high losses due not only during molding, but at subsequent operations of demasselotage, grinding, deburring, t ~aitements thermi-mics, etc ...
; Many studies have been conducted to determine the causes of the presence of hydrogen in the metal and one now know that this hydrogen is slow to decompose water on contact with metal at high temperature, this water can be absorbed at different stages of the development process boration, for example humidity of air or refractories -1 ~
. ~; . .
. ,, ~. . . .

constituting the wall of the oven, the channel con ~ uisant to the pocket and finally in the mold itself, and we were also able to cons-tater that the essential cause of the presence of hydrogen is precisely the absorption of hydrogen just before solidification, that is to say hydrogen which manifests in the molds of casting.
It is therefore of course the so-called sand mussels which cause the most hydrogen stinging faults, since the sand which constitutes them presents a certain midity.
It was also found that this defect was accentuated as a function of the length of the feed path of the molded part and that the parts located at the end of the cluster in were the most affected.
To remedy this defect, in any case attenuate it, it has been proposed to increase the casting temperature, this which, by putting back in time the soli ~ ification of the part i casting, therefore promotes degassing and thereby avoids in to a great extent the formation of pitting due to hydrogen.
But this remedy is not always applicable, because it depends organization of the molding installation, synchro-nizations in the melting and molding process, etc ...
and moreover, this way of doing things involves an expenditure significant additional energy.
It has also been proposed to increase the dose of black mineral or pitch in the molding sand, so that trust the conditions of cGntact of the metal with the wall of molds and slow the oxidation of the metal by oxygen pro ; coming from the decomposition of moisture. The "wetting" of sand by melting which supposes the presence of an oxidized film is thus avoided. Although this way of doing things has also '''' '' ~ '''':
~ 135475 the effect of decreasing the presence of hydrogen, it increases also, and not insignificantly, the cost of molding.
We have seen the role of aluminum content fonts in the formation of hydrogen pits and we was able to establish that for the usual magnesium contents from 0.03 to 0.07 ~ / 0, the absorption of hydrogen tends to increase with the aluminum content and the risk of pitting occurs as soon as the percentage content of aluminum cast irons spends a few thousandths. This situation is all the more annoying than generally, the aluminum content in the cast iron pouring is difficult to tamper with. Indeed, that the cast basic or not contains aluminum, obtaining cast iron with spheroidal graphite requires the introduction of products addition and treatments such as nodulants, inoculants, which contain aluminum, so generally can predetermine in advance if there will be bites and how important it will be.
The subject of the present invention is a process for the preparation of ration of cast iron parts, in particular spherical graphite cast iron roidal, which makes it possible to avoid the formation of punctures of hr ~ drogen and this invention is characterized by the use of imperative joint of two measures each known per se: on the one hand, we make sure that the content of the cast iron in magnesium being between 0.03 and 0.07%, the content aluminum content is at least 0.1% and other part, we apply to said cast iron during casting, the tech-known per se casting mold inerted by nitrogen liquid previously poured into the bottom of the mold. Thus, the in-vention allows two measures to be combined in a particular way.
In fact, it was clearly observed that by increasing the usual aluminum content beyond 1 ~ 3S47S
nium in a pig iron, the amount of hydrogen included not-knows by a maximum, then decreases steadily for practically canceling out, for aluminum contents of 0.1%
and more. But we had not been farther than this cons-tatation, because the tests which had been made with such aluminum contents had led to other disadvantages consisting of inclusions of alumina. Indeed, the quan-relatively large amounts of aluminum included in the cast iron, whether in the oven or during ladle casting by example, react with oxygen in the air to form alumina. In the majority of cases, this alumina, which pre-feels a lower density than cast iron, settles easily at the various stages of production in the oven, in the bag, and can thus be easily eliminated. On the contrary, when a mold casting, we can not ensure this d ~ cantation, because both the shape of the supply duct and that of the imprint or vents, is always as it is created within the metal during casting, significant turbulence which therefore prohibit any settling. The alumina remains therefore in the cast iron in the course of solidification in the form of clusions generally near the surface. These inclusions or "drosses" have no grip or resistance and their presence therefore reduces the mechanical resistance at the surface of the parts these thus molded.
Thanks to the joint intervention of the second measure recommended by the invention, which consists in avoiding any pre-senc ~ of air in the mold cavity, we can be sure that at least during the molding operation, no training alumina can not occur and as we have seen that dross which had formed before the molding operation could be easily eliminated, so we manage, thanks 1135 ~ 7S
at the conjunction of the two measures recommended by the invention to ensure that no inclusion of alumina remains in molded parts, therefore to avoid, moreover, undesirable hydrogen stings.
For example, a basic cast iron poured into a pocket with the addition of 0.1% aluminum, nodulized by treatment by diving bell with Fe Si Mg (35% Mg) then inoculated with Fe Si, is transported and poured in sand to green. What-dozens of seconds before the metal is cast, the molds are inerted by pouring into the molding cavity a quan ~
amount of liquid nitrogen, the volume of which, in the vaporized state, is 50 to 100 times the volume of the molding cavity. In the usi-swimming, the hydrogen pinhole defects noted previously ment to the implementation of the method according to the invention and which could lead to 15% scrap, virtually had disappeared, the scrap rate falling to 2% and this for a summation of liquid azo ~ e of approximately 20 liters per ton of molded parts.
The invention essentially applies to the molding of spheroidal graphite cast iron.

.

Claims (2)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué
sont définies comme il suit:-
The embodiments of the invention about which an exclusive right of property or privilege is claimed are defined as follows: -
1. Procédé d'élaboration de pièces en fonte, notamment en fonte à graphite sphéroidal, du genre où l'on coule le métal en fusion d'une poche de préparation dans un moule, caractérisé en ce que, d'une part, la teneur de la fonte en magnésium étant comprise entre 0,03 et 0,07%, la teneur en aluminium est établie à au moins 0,1%, d'autre part, on appli-que à ladite fonte en cours de coulée, la technique de coulée en moule inerté par déversement préalable d'azote liquide en fond de moule. 1. Process for the production of cast iron parts, in particular in spheroidal graphite cast iron, of the kind where the molten metal from a preparation bag in a mold, characterized in that, on the one hand, the content of pig iron in magnesium being between 0.03 and 0.07%, the content of aluminum is established at least 0.1%, on the other hand, we apply that at said melting during casting, the casting technique in an inert mold by prior pouring of liquid nitrogen into mold base. 2. Procédé d'élaboration selon la revendication 1, carac-térisé en ce que la quantité d'azote liquide déversée est à
l'état vaporisé de 50 à 100 fois en volume de la cavité de moulage.
2. Production method according to claim 1, charac-that the quantity of liquid nitrogen discharged is the vaporized state from 50 to 100 times by volume of the cavity molding.
CA000346644A 1979-03-05 1980-02-28 Process for fabricating cast iron parts Expired CA1135475A (en)

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FR7905601A FR2450650A1 (en) 1979-03-05 1979-03-05 PROCESS FOR THE PREPARATION OF PARTS, PARTICULARLY IN CAST IRON WITH SPHEROIDAL GRAPHITE
FR7905.601 1979-03-05

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BE (1) BE882029A (en)
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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ATE105T1 (en) 1981-07-15
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AU5560280A (en) 1980-09-11
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