CA2905802A1 - Inoculant a particules de surface - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un inoculant particulaire pour le traitement de la fonte en phase liquide, comprenant, d'une part, des particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, et d'autre part, des particules de surface en un matériau favorisant la germination et la croissance de graphite, disposées et réparties de manière discontinue à la surface des particules support, les particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième dud50 des particules support.
Description
2 PCT/FR2014/050636 INOCULANT A PARTICULES DE SURFACE
La présente invention se rapporte à un produit inoculant pour le traitement de la fonte, ainsi qu'a un procédé de fabrication dudit inoculant.
La fonte est un alliage fer-carbone bien connu et largement utilisé
pour la fabrication de pièces mécaniques. La fonte est obtenue par mélange des constituants de l'alliage à l'état liquide à une température comprise entre 1135 C et 1350 C avant coulée dans un moule et refroidissement de l'alliage obtenu.
Lors de son refroidissement, le carbone peut adopter différentes structures physico-chimiques dépendant de plusieurs paramètres.
Lorsque le carbone s'associe au fer et forme du carbure de fer Fe3C (également appelé cémentite), la fonte résultante est appelée fonte blanche. La fonte blanche présente la caractéristique d'être dure et cassante, ce qui n'est pas souhaitable pour certaines applications.
Si le carbone apparaît sous forme de graphite, la fonte résultante est appelée fonte grise. La fonte grise est plus tendre et peut être travaillée.
Pour obtenir des pièces en fonte possédant de bonnes propriétés mécaniques, il faut donc obtenir une structure de la fonte comprenant le maximum de carbone sous forme graphite et limiter le plus possible la formation de ces carbures de fer qui durcissent et fragilisent l'alliage.
En l'absence de tout traitement particulier, le carbone a toutefois tendance à s'associer au fer pour former du carbure de fer.
Il est donc nécessaire de traiter la fonte à l'état liquide de manière à
modifier les paramètres d'association du carbone et obtenir la structure souhaitée.
A cette fin, la fonte liquide subit un traitement d'inoculation visant à
introduire dans la fonte des composants graphitisants qui vont favoriser, lors du refroidissement de la fonte dans le moule, l'apparition de graphite plutôt que de carbure de fer.
De manière générale, les composants d'un inoculant sont des éléments favorisant la formation de graphite pendant la solidification de la fonte. On peut citer, à titre d'exemple, le carbone, le silicium, le calcium, l'aluminium, ...
Bien évidemment, un inoculant peut être également conçu pour remplir d'autres fonctions et comprendre à cette fin d'autres composants présentant un effet particulier.
On peut notamment souhaiter, selon les propriétés recherchées, que le graphite formé soit sphéroïdal, vermiculaire ou lamellaire. L'une ou l'autre forme graphitique pourra être obtenue de manière préférentielle par un traitement particulier de la fonte à l'aide de composants spécifiques. Ainsi, par exemple, la formation de graphite sphéroïdal peut être favorisée par un traitement dit nodulisant visant principalement à apporter à la fonte du magnésium en quantité suffisante pour que le graphite puisse croître de manière à former des particules rondes (sphéroïdes).
Ces composants nodulisants peuvent être inclus dans l'alliage inoculant, par exemple.
On peut encore citer l'addition de produits désulfurants, ou de produits permettant de traiter spécifiquement certains défauts de la fonte en fonction de la composition initiale du bain de fonte liquide, tels que les micro retassures, susceptibles d'apparaître lors du refroidissement. Il pourra notamment s'agir de lanthane et de terres rares.
Ces traitements peuvent s'effectuer en une ou plusieurs fois et à
différents moments de la fabrication de la fonte. On connaît notamment des ajouts d'inoculant dans la poche, avant la coulée de la fonte dans le moule (inoculation en poche), pendant la coulée, ou encore dans le jet de coulée (inoculation tardive).
La plupart des inoculants sont classiquement fabriqués à partir d'un alliage ferro-silicium de type FeSi65 ou FeSi75 avec ajustement de la chimie suivant la composition visée de l'inoculant. L'ajustement est possible en four ou en poche, avec des rendements souvent médiocres selon les éléments à
ajouter. Il peut également s'agir de mélanges de plusieurs alliages.
Il convient de noter que l'efficacité d'inoculation de la pièce en fonte dépend également de son épaisseur.
Dans les zones de faibles épaisseurs, refroidissant plus vite, on notera un risque plus élevé de formation de carbures.
Inversement, dans les zones de plus fortes épaisseurs, le refroidissement sera plus lent et favorisera la formation de graphite.
Toutefois, dans les pièces de fortes épaisseurs, le refroidissement peut être trop lent et le graphite formé peut perdre sa nodularité au voisinage du centre de la pièce.
La présente invention se rapporte à un produit inoculant pour le traitement de la fonte, ainsi qu'a un procédé de fabrication dudit inoculant.
La fonte est un alliage fer-carbone bien connu et largement utilisé
pour la fabrication de pièces mécaniques. La fonte est obtenue par mélange des constituants de l'alliage à l'état liquide à une température comprise entre 1135 C et 1350 C avant coulée dans un moule et refroidissement de l'alliage obtenu.
Lors de son refroidissement, le carbone peut adopter différentes structures physico-chimiques dépendant de plusieurs paramètres.
Lorsque le carbone s'associe au fer et forme du carbure de fer Fe3C (également appelé cémentite), la fonte résultante est appelée fonte blanche. La fonte blanche présente la caractéristique d'être dure et cassante, ce qui n'est pas souhaitable pour certaines applications.
Si le carbone apparaît sous forme de graphite, la fonte résultante est appelée fonte grise. La fonte grise est plus tendre et peut être travaillée.
Pour obtenir des pièces en fonte possédant de bonnes propriétés mécaniques, il faut donc obtenir une structure de la fonte comprenant le maximum de carbone sous forme graphite et limiter le plus possible la formation de ces carbures de fer qui durcissent et fragilisent l'alliage.
En l'absence de tout traitement particulier, le carbone a toutefois tendance à s'associer au fer pour former du carbure de fer.
Il est donc nécessaire de traiter la fonte à l'état liquide de manière à
modifier les paramètres d'association du carbone et obtenir la structure souhaitée.
A cette fin, la fonte liquide subit un traitement d'inoculation visant à
introduire dans la fonte des composants graphitisants qui vont favoriser, lors du refroidissement de la fonte dans le moule, l'apparition de graphite plutôt que de carbure de fer.
De manière générale, les composants d'un inoculant sont des éléments favorisant la formation de graphite pendant la solidification de la fonte. On peut citer, à titre d'exemple, le carbone, le silicium, le calcium, l'aluminium, ...
Bien évidemment, un inoculant peut être également conçu pour remplir d'autres fonctions et comprendre à cette fin d'autres composants présentant un effet particulier.
On peut notamment souhaiter, selon les propriétés recherchées, que le graphite formé soit sphéroïdal, vermiculaire ou lamellaire. L'une ou l'autre forme graphitique pourra être obtenue de manière préférentielle par un traitement particulier de la fonte à l'aide de composants spécifiques. Ainsi, par exemple, la formation de graphite sphéroïdal peut être favorisée par un traitement dit nodulisant visant principalement à apporter à la fonte du magnésium en quantité suffisante pour que le graphite puisse croître de manière à former des particules rondes (sphéroïdes).
Ces composants nodulisants peuvent être inclus dans l'alliage inoculant, par exemple.
On peut encore citer l'addition de produits désulfurants, ou de produits permettant de traiter spécifiquement certains défauts de la fonte en fonction de la composition initiale du bain de fonte liquide, tels que les micro retassures, susceptibles d'apparaître lors du refroidissement. Il pourra notamment s'agir de lanthane et de terres rares.
Ces traitements peuvent s'effectuer en une ou plusieurs fois et à
différents moments de la fabrication de la fonte. On connaît notamment des ajouts d'inoculant dans la poche, avant la coulée de la fonte dans le moule (inoculation en poche), pendant la coulée, ou encore dans le jet de coulée (inoculation tardive).
La plupart des inoculants sont classiquement fabriqués à partir d'un alliage ferro-silicium de type FeSi65 ou FeSi75 avec ajustement de la chimie suivant la composition visée de l'inoculant. L'ajustement est possible en four ou en poche, avec des rendements souvent médiocres selon les éléments à
ajouter. Il peut également s'agir de mélanges de plusieurs alliages.
Il convient de noter que l'efficacité d'inoculation de la pièce en fonte dépend également de son épaisseur.
Dans les zones de faibles épaisseurs, refroidissant plus vite, on notera un risque plus élevé de formation de carbures.
Inversement, dans les zones de plus fortes épaisseurs, le refroidissement sera plus lent et favorisera la formation de graphite.
Toutefois, dans les pièces de fortes épaisseurs, le refroidissement peut être trop lent et le graphite formé peut perdre sa nodularité au voisinage du centre de la pièce.
3 Il s'ensuit que les pièces avec des zones d'épaisseur différentes pourront avoir des structures physico-chimiques différentes d'une zone à
l'autre, ce qui n'est pas souhaitable.
Il existe donc un besoin pour un inoculant permettant d'inoculer des pièces en fonte de différentes épaisseurs en limitant le risque de dégénérescence du graphite et la formation de carbures, et d'assurer une bonne uniformité de la structure métallurgique d'une zone de la pièce à
l'autre.
Par ailleurs, il est également souhaitable que l'inoculant soit peu sensible à la composition de base de la fonte qui peut varier d'un lot à
l'autre (taux de carbone, silicium, soufre initiaux, notamment, etc ...).
De plus, il reste bien évidemment souhaitable qu'un tel inoculant ne nécessite pas un taux d'addition supérieur aux produits connus et qu'il conserve des bonnes propriétés de dissolution dans la fonte, similaires à ces produits et ne génère pas sensiblement plus de crasses et laitiers que ces derniers.
Pour ce faire, la présente invention vise à proposer un nouveau produit inoculant pour le traitement de la fonte en phase liquide, répondant à
tout ou partie de ces contraintes. A cet effet, elle apporte un inoculant particulaire, en poudre, comprenant, d'une part, des particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, et d'autre part, des particules de surface en un matériau favorisant la germination et la croissance de graphite, disposées et réparties de manière discontinue à la surface des particules support, les particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support..
Ainsi disposées, les particules de surface forment un enrobage discontinu, la particule support présentant toujours des zones de contact avec la fonte.
Les particules de surface pourront être disposées à la surface des particules support par toute technique appropriée, par exemple par greffage, collage, enrobage, sous réserve de conserver pour la particule support des accès à la fonte liquide lorsque l'inoculant y est incorporé.
Comme indiqué précédemment, les particules de surface ont une granulométrie inférieure à celle des particules support. Il a en effet été
constaté
de manière surprenante qu'une telle configuration, à savoir un ensemble de particules support partiellement revêtues de particules de support, d'une nature différente, telle qu'une granulométrie différente, présentait un profil de
l'autre, ce qui n'est pas souhaitable.
Il existe donc un besoin pour un inoculant permettant d'inoculer des pièces en fonte de différentes épaisseurs en limitant le risque de dégénérescence du graphite et la formation de carbures, et d'assurer une bonne uniformité de la structure métallurgique d'une zone de la pièce à
l'autre.
Par ailleurs, il est également souhaitable que l'inoculant soit peu sensible à la composition de base de la fonte qui peut varier d'un lot à
l'autre (taux de carbone, silicium, soufre initiaux, notamment, etc ...).
De plus, il reste bien évidemment souhaitable qu'un tel inoculant ne nécessite pas un taux d'addition supérieur aux produits connus et qu'il conserve des bonnes propriétés de dissolution dans la fonte, similaires à ces produits et ne génère pas sensiblement plus de crasses et laitiers que ces derniers.
Pour ce faire, la présente invention vise à proposer un nouveau produit inoculant pour le traitement de la fonte en phase liquide, répondant à
tout ou partie de ces contraintes. A cet effet, elle apporte un inoculant particulaire, en poudre, comprenant, d'une part, des particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, et d'autre part, des particules de surface en un matériau favorisant la germination et la croissance de graphite, disposées et réparties de manière discontinue à la surface des particules support, les particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support..
Ainsi disposées, les particules de surface forment un enrobage discontinu, la particule support présentant toujours des zones de contact avec la fonte.
Les particules de surface pourront être disposées à la surface des particules support par toute technique appropriée, par exemple par greffage, collage, enrobage, sous réserve de conserver pour la particule support des accès à la fonte liquide lorsque l'inoculant y est incorporé.
Comme indiqué précédemment, les particules de surface ont une granulométrie inférieure à celle des particules support. Il a en effet été
constaté
de manière surprenante qu'une telle configuration, à savoir un ensemble de particules support partiellement revêtues de particules de support, d'une nature différente, telle qu'une granulométrie différente, présentait un profil de
4 dissolution et d'inoculation répondant aux problèmes évoqués. La différence de nature entre les particules support et les particules de support peut en outre s'exprimer dans les matériaux constitutifs des particules, respectivement.
Il a notamment été constaté qu'une telle structure physico chimique limitait fortement la dégénération du graphite au centre de pièces de fortes épaisseurs. Une telle structure permet également d'améliorer fortement l'homogénéité de l'inoculation, et plus particulièrement pour les pièces présentant des zones d'épaisseurs variables.
Par ailleurs, par rapport à une technique de fabrication classique en alliage au four, étant donné que l'effet inoculant est apporté par l'ensemble particules support / particules disposées en surface et non par ajustement de la composition chimique d'un alliage, les rendements d'incorporation des éléments additionnés en sont grandement améliorés.
Selon un premier mode de réalisation, les particules support possèdent des propriétés peu inoculantes. Ainsi, grâce à l'invention, on pourra utiliser des produits faiblement ou moyennement inoculants que l'on pourra doper par ce moyen.
Selon un deuxième mode de réalisation, les particules support possèdent des propriétés inoculantes pour des compositions ou conditions différentes de celles pour lesquelles l'ensemble particules de support et particules de surface agissent.
Avantageusement, les particules support sont réalisées à partir de silicium, dont la proportion est variable, pouvant atteindre 100% en masse par rapport à la masse des particules support.
De manière complémentaire ou alternative, les particules support pourront être réalisées à partir de carbone, dont la proportion est variable, pouvant atteindre 100% en masse par rapport à la masse des particules support. Le cas échéant, il est sous forme de graphite. Associé au silicium, il peut se présenter sous la forme de carbure de silicium par exemple.
Avantageusement encore, les particules support contiennent au moins 40 'Vo en masse de silicium par rapport à la masse des particules support.
De manière préférentielle, les particules support sont réalisées à
partir d'un alliage, plus particulièrement ferreux.
De manière avantageuse, les particules support comprennent, notamment sous forme alliée, au moins un élément d'addition, tel que de l'aluminium ou du calcium, notamment entre 0,2 et 5 % en masse pour chaque élément d'addition, par rapport à la masse des particules support.
De manière avantageuse encore, les particules support comprennent, notamment sous forme alliée, au moins un élément de traitement
Il a notamment été constaté qu'une telle structure physico chimique limitait fortement la dégénération du graphite au centre de pièces de fortes épaisseurs. Une telle structure permet également d'améliorer fortement l'homogénéité de l'inoculation, et plus particulièrement pour les pièces présentant des zones d'épaisseurs variables.
Par ailleurs, par rapport à une technique de fabrication classique en alliage au four, étant donné que l'effet inoculant est apporté par l'ensemble particules support / particules disposées en surface et non par ajustement de la composition chimique d'un alliage, les rendements d'incorporation des éléments additionnés en sont grandement améliorés.
Selon un premier mode de réalisation, les particules support possèdent des propriétés peu inoculantes. Ainsi, grâce à l'invention, on pourra utiliser des produits faiblement ou moyennement inoculants que l'on pourra doper par ce moyen.
Selon un deuxième mode de réalisation, les particules support possèdent des propriétés inoculantes pour des compositions ou conditions différentes de celles pour lesquelles l'ensemble particules de support et particules de surface agissent.
Avantageusement, les particules support sont réalisées à partir de silicium, dont la proportion est variable, pouvant atteindre 100% en masse par rapport à la masse des particules support.
De manière complémentaire ou alternative, les particules support pourront être réalisées à partir de carbone, dont la proportion est variable, pouvant atteindre 100% en masse par rapport à la masse des particules support. Le cas échéant, il est sous forme de graphite. Associé au silicium, il peut se présenter sous la forme de carbure de silicium par exemple.
Avantageusement encore, les particules support contiennent au moins 40 'Vo en masse de silicium par rapport à la masse des particules support.
De manière préférentielle, les particules support sont réalisées à
partir d'un alliage, plus particulièrement ferreux.
De manière avantageuse, les particules support comprennent, notamment sous forme alliée, au moins un élément d'addition, tel que de l'aluminium ou du calcium, notamment entre 0,2 et 5 % en masse pour chaque élément d'addition, par rapport à la masse des particules support.
De manière avantageuse encore, les particules support comprennent, notamment sous forme alliée, au moins un élément de traitement
5 à effet anti-retassure notamment en une quantité comprise entre 0,5 et 6 % en masse, par rapport à la masse des particules support.
Préférentiellement, la proportion de particules de surface est comprise en 1 et 8 % en masse, de préférence de 1 à 5 %, par rapport à la masse de l'inoculant.
Avantageusement, les particules de surface sont réparties de manière sensiblement homogène à la surface des particules support, notamment au sein d'un lot de particules.
De manière préférentielle, les particules de surface, jusqu'à
l'introduction dans la fonte, occupent entre 80 et 90 % de la surface des particules support.
Avantageusement, les particules de surface sont choisies, individuellement ou en mélange, parmi des éléments métalliques, tels qu'aluminium, bismuth et manganèse, des siliciures, notamment de fer, terres rares et calcium, des oxydes, tels qu'oxydes d'aluminium, de calcium, de silicium ou de baryum, des sulfures métalliques, notamment de fer, calcium et terres rares, des sulfates, notamment de baryum, et du noir de carbone.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un inoculant de l'invention. Selon une première étape du procédé, on dispose de particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, présentant une granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, d'une part, et de particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support, d'autre part, puis dans une seconde étape on procède au dépôt des particules de surface sur les particules de support. Cette étape peut être mise en oeuvre par toute technique bien connue de l'homme du métier.
Par granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, on inclut les granulométries classiques du domaine des inoculants de la fonte, à savoir les granulométries 0,2-0,5 mm, 0,4-2 mm et 2-7 mm.
Dans une variante de l'invention, le dépôt des particules de surface est réalisé mécaniquement, par incrustation. A cet effet, on mélange les particules support et les particules de surface, à sec, à grande vitesse, par
Préférentiellement, la proportion de particules de surface est comprise en 1 et 8 % en masse, de préférence de 1 à 5 %, par rapport à la masse de l'inoculant.
Avantageusement, les particules de surface sont réparties de manière sensiblement homogène à la surface des particules support, notamment au sein d'un lot de particules.
De manière préférentielle, les particules de surface, jusqu'à
l'introduction dans la fonte, occupent entre 80 et 90 % de la surface des particules support.
Avantageusement, les particules de surface sont choisies, individuellement ou en mélange, parmi des éléments métalliques, tels qu'aluminium, bismuth et manganèse, des siliciures, notamment de fer, terres rares et calcium, des oxydes, tels qu'oxydes d'aluminium, de calcium, de silicium ou de baryum, des sulfures métalliques, notamment de fer, calcium et terres rares, des sulfates, notamment de baryum, et du noir de carbone.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un inoculant de l'invention. Selon une première étape du procédé, on dispose de particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, présentant une granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, d'une part, et de particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support, d'autre part, puis dans une seconde étape on procède au dépôt des particules de surface sur les particules de support. Cette étape peut être mise en oeuvre par toute technique bien connue de l'homme du métier.
Par granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, on inclut les granulométries classiques du domaine des inoculants de la fonte, à savoir les granulométries 0,2-0,5 mm, 0,4-2 mm et 2-7 mm.
Dans une variante de l'invention, le dépôt des particules de surface est réalisé mécaniquement, par incrustation. A cet effet, on mélange les particules support et les particules de surface, à sec, à grande vitesse, par
6 exemple de 1000 à 1500 tours/min, pour obtenir un dépôt par incrustation des particules de surface à la surface des particules support, selon une répartition discontinue.
Dans une autre variante de l'invention, à la première étape, on dispose en outre d'un liant dans un solvant, puis à la seconde étape, on mélange les particules support, les particules de surface et le liant, puis on élimine le solvant du liant, par exemple par évaporation. Comme il sera décrit plus en détail, les particules de support, les particules de surface et le liant peuvent être ajoutés en même temps ou successivement, dans quelque ordre que ce soit. Par exemple, un mélange préalable des particules de surface dans la solution de liant peut être effectué, auquel sont ensuite ajoutées les particules support.
Un liant approprié est avantageusement choisi parmi les liants organiques et polymères, et notamment, parmi l'alcool polyvinylique (APV), la cellulose (CMC), la polyvinylpyrrolidone (PVP) et le ciment.
Un procédé préféré de l'invention consiste à utiliser des particules support en un matériau FeSi contenant de l'aluminium et du calcium, et/ou des particules de surface en un matériau choisi parmi l'aluminium, le bismuth, les siliciures, notamment de fer, terres rares et calcium, des oxydes, tels qu'oxydes d'aluminium, de calcium, de silicium ou de baryum, des sulfures métalliques, notamment de fer, calcium et terres rares, des sulfates, notamment de baryum, et du noir de carbone.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée et des exemples de mises en oeuvre qui suivent en regard du dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue d'ensemble au microscope électronique à balayage d'un lot d'inoculant particulaire selon l'invention comprenant des particules support (noires) à la surface desquelles sont fixées des particules de surface (blanches) conférant à l'ensemble un fort pouvoir inoculant.
- la figure 2 est un zoom de la figure 1 sur une particule inoculante selon l'invention.
Un inoculant selon l'invention pourra être fabriqué de la manière suivante.
Environ 500 kilogrammes d'un alliage FeSi contenant 1 % en masse d'aluminium et 1,5 % en masse de calcium et possédant une
Dans une autre variante de l'invention, à la première étape, on dispose en outre d'un liant dans un solvant, puis à la seconde étape, on mélange les particules support, les particules de surface et le liant, puis on élimine le solvant du liant, par exemple par évaporation. Comme il sera décrit plus en détail, les particules de support, les particules de surface et le liant peuvent être ajoutés en même temps ou successivement, dans quelque ordre que ce soit. Par exemple, un mélange préalable des particules de surface dans la solution de liant peut être effectué, auquel sont ensuite ajoutées les particules support.
Un liant approprié est avantageusement choisi parmi les liants organiques et polymères, et notamment, parmi l'alcool polyvinylique (APV), la cellulose (CMC), la polyvinylpyrrolidone (PVP) et le ciment.
Un procédé préféré de l'invention consiste à utiliser des particules support en un matériau FeSi contenant de l'aluminium et du calcium, et/ou des particules de surface en un matériau choisi parmi l'aluminium, le bismuth, les siliciures, notamment de fer, terres rares et calcium, des oxydes, tels qu'oxydes d'aluminium, de calcium, de silicium ou de baryum, des sulfures métalliques, notamment de fer, calcium et terres rares, des sulfates, notamment de baryum, et du noir de carbone.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée et des exemples de mises en oeuvre qui suivent en regard du dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue d'ensemble au microscope électronique à balayage d'un lot d'inoculant particulaire selon l'invention comprenant des particules support (noires) à la surface desquelles sont fixées des particules de surface (blanches) conférant à l'ensemble un fort pouvoir inoculant.
- la figure 2 est un zoom de la figure 1 sur une particule inoculante selon l'invention.
Un inoculant selon l'invention pourra être fabriqué de la manière suivante.
Environ 500 kilogrammes d'un alliage FeSi contenant 1 % en masse d'aluminium et 1,5 % en masse de calcium et possédant une
7 granulométrie comprise entre 0,4 et 2 mm sont introduits dans un réacteur en lit fluidisé, l'alliage FeSi étant mis en fluidisation par injection d'air.
La vitesse minimale de fluidisation est déterminée classiquement, puis le débit d'air est maintenu sensiblement constant et supérieur à cette vitesse minimale.
La température à l'intérieur du réacteur est portée à environ 100 C.
Cette température permettra à l'eau injectée ultérieurement d'être éliminée.
Les particules de cet alliage formeront les particules supports à la surface desquelles seront fixées les particules inoculantes.
Les particules de surface seront, dans le présent exemple, des particules de siliciure de calcium CaSi et d'aluminium métallique, présentant toutes deux des granulométries inférieures à 400 micromètres.
On utilisera 5 % en masse de ces particules de surface, soit environ 25 kilogrammes de ce mélange de particules CaSi et Al.
Afin de permettre la fixation sur les particules supports, les particules de surface à fixer sont préalablement mélangées avec un liant en solution aqueuse, puis injectées dans le réacteur en environ 30 minutes à la température de 100 C.
Après injection totale du mélange de particules et du liant, l'ensemble particules de surface, particules support et liant est fluidisé et chauffé jusqu'à ce que l'eau introduite ait été complètement évaporée. On pourra contrôler l'évaporation de l'eau par toute méthode usuelle, notamment par mesure de l'humidité de l'air sortant du réacteur.
L'inoculant selon l'invention est ensuite récupéré et caractérisé
pour évaluer l'efficacité de l'enrobage. Cette caractérisation pourra être faite notamment par contrôle au microscope électronique à balayage.
Le liant utilisé pourra être de type liant organique ou polymère, comme par exemple, des liants de type alcool polyvinylique (APV), cellulose (CMC) et polyvinylpyrrolidone (PVP) ... Bien évidemment, cette liste n'est pas limitative.
La quantité d'eau utilisée pour la dilution du liant dépend bien évidemment de la solubilité de ce dernier dans l'eau et devra être adaptée en conséquence.
Il est également possible d'envisager l'utilisation de liants minéraux, notamment de type silicate de sodium, ainsi que des liants hydrauliques de type ciment ou chaux.
La vitesse minimale de fluidisation est déterminée classiquement, puis le débit d'air est maintenu sensiblement constant et supérieur à cette vitesse minimale.
La température à l'intérieur du réacteur est portée à environ 100 C.
Cette température permettra à l'eau injectée ultérieurement d'être éliminée.
Les particules de cet alliage formeront les particules supports à la surface desquelles seront fixées les particules inoculantes.
Les particules de surface seront, dans le présent exemple, des particules de siliciure de calcium CaSi et d'aluminium métallique, présentant toutes deux des granulométries inférieures à 400 micromètres.
On utilisera 5 % en masse de ces particules de surface, soit environ 25 kilogrammes de ce mélange de particules CaSi et Al.
Afin de permettre la fixation sur les particules supports, les particules de surface à fixer sont préalablement mélangées avec un liant en solution aqueuse, puis injectées dans le réacteur en environ 30 minutes à la température de 100 C.
Après injection totale du mélange de particules et du liant, l'ensemble particules de surface, particules support et liant est fluidisé et chauffé jusqu'à ce que l'eau introduite ait été complètement évaporée. On pourra contrôler l'évaporation de l'eau par toute méthode usuelle, notamment par mesure de l'humidité de l'air sortant du réacteur.
L'inoculant selon l'invention est ensuite récupéré et caractérisé
pour évaluer l'efficacité de l'enrobage. Cette caractérisation pourra être faite notamment par contrôle au microscope électronique à balayage.
Le liant utilisé pourra être de type liant organique ou polymère, comme par exemple, des liants de type alcool polyvinylique (APV), cellulose (CMC) et polyvinylpyrrolidone (PVP) ... Bien évidemment, cette liste n'est pas limitative.
La quantité d'eau utilisée pour la dilution du liant dépend bien évidemment de la solubilité de ce dernier dans l'eau et devra être adaptée en conséquence.
Il est également possible d'envisager l'utilisation de liants minéraux, notamment de type silicate de sodium, ainsi que des liants hydrauliques de type ciment ou chaux.
8 Bien évidemment, la nature du liant utilisé pourra dépendre des matériaux inoculants et supports utilisés.
La quantité de liant utilisée sera calculée de manière à permettre au mieux la fixation quasi-totale des particules de surface sans excès manifeste qui pourrait ensuite dégrader les performances finales de l'inoculant selon l'invention.
Cette quantité de liant utilisée dépendra bien évidemment de son pouvoir collant et devra également être adaptée en conséquence. On pourra notamment procéder par tests et vérification visuelle à l'aide d'un microscope électronique à balayage notamment. Typiquement, la quantité de liant utilisée pourra être comprise entre 0,001 et 1 % en masse de liant par rapport à la masse totale des particules (particules support et particules de surface).
Selon un autre exemple possible de fabrication de l'inoculant selon l'invention, environ 500 kg de FeSi70 contenant 1 % en masse d'Al et 1,5 % en masse de Ca, de granulométrie 0,2-0,5 mm sont introduits dans un réacteur à
lit fluidisé. L'alliage FeSi est mis en fluidisation par injection d'air. La température à l'intérieur du réacteur est portée à 100 C. Ces particules sont les particules support. Une suspension est réalisée avec du PVP et de l'eau. 8 %
de particules de surface, contenant du bismuth Bi et d'alliage ferro-silico-terres rares FeSiTR, toutes deux de granulométrie <200pm sont ajoutées à la solution PVP + eau, puis mises en suspension. Cette suspension est ensuite injectée à raison de 10 % en masse dans le réacteur pendant environ 40 min à
la température de 100 C. Après injection totale du mélange, l'intérieur du réacteur est maintenu à 100 C jusqu'à séchage complet du produit.
Selon encore un autre exemple possible de fabrication de l'inoculant selon l'invention, environ 1000 kg de FeSi70 contenant 1 % en masse d'Al et 1,5 % en masse de Ca, de granulométrie 2 - 7 mm et environ 50 kg de poudre d'Aluminium de granulométrie <300pm sont introduits dans un réacteur à lit fluidisé. L'ensemble des particules est mis en fluidisation par injection d'air appauvri. La température à l'intérieur du réacteur est portée à
100 C. Une suspension est réalisée avec du PVP et de l'eau. Cette suspension est ensuite injectée à raison de 10 % en masse dans le réacteur pendant environ 40 min à la température de 100 C. Après injection totale du mélange, l'intérieur du réacteur est maintenu à 100 C jusqu'à séchage complet du produit.
La quantité de liant utilisée sera calculée de manière à permettre au mieux la fixation quasi-totale des particules de surface sans excès manifeste qui pourrait ensuite dégrader les performances finales de l'inoculant selon l'invention.
Cette quantité de liant utilisée dépendra bien évidemment de son pouvoir collant et devra également être adaptée en conséquence. On pourra notamment procéder par tests et vérification visuelle à l'aide d'un microscope électronique à balayage notamment. Typiquement, la quantité de liant utilisée pourra être comprise entre 0,001 et 1 % en masse de liant par rapport à la masse totale des particules (particules support et particules de surface).
Selon un autre exemple possible de fabrication de l'inoculant selon l'invention, environ 500 kg de FeSi70 contenant 1 % en masse d'Al et 1,5 % en masse de Ca, de granulométrie 0,2-0,5 mm sont introduits dans un réacteur à
lit fluidisé. L'alliage FeSi est mis en fluidisation par injection d'air. La température à l'intérieur du réacteur est portée à 100 C. Ces particules sont les particules support. Une suspension est réalisée avec du PVP et de l'eau. 8 %
de particules de surface, contenant du bismuth Bi et d'alliage ferro-silico-terres rares FeSiTR, toutes deux de granulométrie <200pm sont ajoutées à la solution PVP + eau, puis mises en suspension. Cette suspension est ensuite injectée à raison de 10 % en masse dans le réacteur pendant environ 40 min à
la température de 100 C. Après injection totale du mélange, l'intérieur du réacteur est maintenu à 100 C jusqu'à séchage complet du produit.
Selon encore un autre exemple possible de fabrication de l'inoculant selon l'invention, environ 1000 kg de FeSi70 contenant 1 % en masse d'Al et 1,5 % en masse de Ca, de granulométrie 2 - 7 mm et environ 50 kg de poudre d'Aluminium de granulométrie <300pm sont introduits dans un réacteur à lit fluidisé. L'ensemble des particules est mis en fluidisation par injection d'air appauvri. La température à l'intérieur du réacteur est portée à
100 C. Une suspension est réalisée avec du PVP et de l'eau. Cette suspension est ensuite injectée à raison de 10 % en masse dans le réacteur pendant environ 40 min à la température de 100 C. Après injection totale du mélange, l'intérieur du réacteur est maintenu à 100 C jusqu'à séchage complet du produit.
9 Bien évidemment, la mise en oeuvre du procédé n'est pas limitée à
l'utilisation d'un réacteur à lit fluidisé et d'autres techniques d'enrobage peuvent être utilisées. On peut notamment citer les méthodes suivantes.
Une première méthode est l'utilisation d'un mélangeur à grande vitesse, par exemple de l'ordre de 1000 à 1500 tours par minute.
La vitesse de mélange permet l'incrustation mécanique des fines particules de surface dans les particules plus grosses de FeSi (particules support). Une telle incrustation mécanique ne nécessite pas l'utilisation d'un liant et on parle alors d'enrobage à sec et à froid. Les particules support du type FeSi75 contenant principalement les phases FeSi2,4 et Si, peuvent être incrustées directement par les particules de surface.
Une deuxième méthode est l'utilisation d'un mélangeur à fort taux de cisaillement.
Dans ce cas, le mélange s'effectue à plus ou moins grande vitesse (entre 50 et 500 tours par minutes, par exemple) dans un mélangeur du type mélangeur granulateur, en présence d'un liant (exemples cités précédemment).
Après mélange, on procède à une étape de séchage pour éliminer l'eau du liant.
Des moyens de séchage peuvent équiper le mélangeur. Il peut notamment s'agir d'une rampe de brûleurs, par exemple à gaz, chauffant l'extérieur du mélangeur par conduction ; d'un tapis chauffant, par exemple en silicone, entourant notamment les parois du mélangeur ; ou encore de tout autre système permettant d'amener la poudre à l'intérieur du mélangeur à une température comprise entre 80 et 150 C en vue d'éliminer l'eau.
Les systèmes de mélangeurs utilisés, du type à tambour ou granulateur doivent permettre un mouvement de la poudre à l'intérieur dudit mélangeur entraînant un brassage efficace et une certaine régularité du collage.
A cette fin, le mélangeur peut être équipé d'ailettes de brassage sur ses parois ou encore un mélangeur granulateur à système de rotation central ou déporté selon un ou deux axes.
Le procédé de l'invention peut être conduit indifféremment en continu, ou en discontinu par lots (batch).
Lors de la mise en oeuvre, les particules support et de surface peuvent être ajoutées soit ensemble, soit de manière séparée.
Lorsqu'elles sont ajoutées ensemble, elle pourront être avantageusement pré-mélangées, avant ajout du liant pour assurer le collage.
Lorsqu'elles sont ajoutées séparément, on introduira préférentiellement les particules support en premier avant d'ajouter les 5 particules de surface, préférentiellement en continu, le liant étant également introduit préférentiellement en continu.
Il convient également de noter que bien qu'illustré avec des particules support à base de FeSi, il est bien évidemment possible d'utiliser d'autres matériaux classiquement utilisés en fonderie, et notamment des
l'utilisation d'un réacteur à lit fluidisé et d'autres techniques d'enrobage peuvent être utilisées. On peut notamment citer les méthodes suivantes.
Une première méthode est l'utilisation d'un mélangeur à grande vitesse, par exemple de l'ordre de 1000 à 1500 tours par minute.
La vitesse de mélange permet l'incrustation mécanique des fines particules de surface dans les particules plus grosses de FeSi (particules support). Une telle incrustation mécanique ne nécessite pas l'utilisation d'un liant et on parle alors d'enrobage à sec et à froid. Les particules support du type FeSi75 contenant principalement les phases FeSi2,4 et Si, peuvent être incrustées directement par les particules de surface.
Une deuxième méthode est l'utilisation d'un mélangeur à fort taux de cisaillement.
Dans ce cas, le mélange s'effectue à plus ou moins grande vitesse (entre 50 et 500 tours par minutes, par exemple) dans un mélangeur du type mélangeur granulateur, en présence d'un liant (exemples cités précédemment).
Après mélange, on procède à une étape de séchage pour éliminer l'eau du liant.
Des moyens de séchage peuvent équiper le mélangeur. Il peut notamment s'agir d'une rampe de brûleurs, par exemple à gaz, chauffant l'extérieur du mélangeur par conduction ; d'un tapis chauffant, par exemple en silicone, entourant notamment les parois du mélangeur ; ou encore de tout autre système permettant d'amener la poudre à l'intérieur du mélangeur à une température comprise entre 80 et 150 C en vue d'éliminer l'eau.
Les systèmes de mélangeurs utilisés, du type à tambour ou granulateur doivent permettre un mouvement de la poudre à l'intérieur dudit mélangeur entraînant un brassage efficace et une certaine régularité du collage.
A cette fin, le mélangeur peut être équipé d'ailettes de brassage sur ses parois ou encore un mélangeur granulateur à système de rotation central ou déporté selon un ou deux axes.
Le procédé de l'invention peut être conduit indifféremment en continu, ou en discontinu par lots (batch).
Lors de la mise en oeuvre, les particules support et de surface peuvent être ajoutées soit ensemble, soit de manière séparée.
Lorsqu'elles sont ajoutées ensemble, elle pourront être avantageusement pré-mélangées, avant ajout du liant pour assurer le collage.
Lorsqu'elles sont ajoutées séparément, on introduira préférentiellement les particules support en premier avant d'ajouter les 5 particules de surface, préférentiellement en continu, le liant étant également introduit préférentiellement en continu.
Il convient également de noter que bien qu'illustré avec des particules support à base de FeSi, il est bien évidemment possible d'utiliser d'autres matériaux classiquement utilisés en fonderie, et notamment des
10 particules support de type SiC ou graphite. Il convient de simplement transposer les exemples de fabrication à ces matériaux.
Les résultats d'un tel inoculant selon l'invention ont été testés sur un bain de fonte.
Comme pour le procédé de fabrication, les exemples sont donnés pour des cas d'utilisation les plus courants avec un inoculant selon l'invention dont la particule support est de type FeSi.
Cela n'empêche en aucune manière l'utilisation d'inoculants selon l'invention comprenant d'autres types de particules support tel que le carbure de silicium ou le graphite, ces matériaux étant toutefois utilisés moins fréquemment en fonderie.
Exemple 1 : inoculant selon l'art antérieur (référence) Un bain de fonte à graphite sphéroïdal a été traité à un taux de 0,3 % en poids avec un alliage inoculant de type FeSi75, et contenant 0,8 % en masse d'aluminium et 0,7 % en masse de calcium.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %
(calculé selon la formule simplifiée Ceq = %C + 1/3 (%Si + %P) où %C, %Si et %P sont les teneurs en carbone, silicium et phosphore de la fonte).
Le magnésium résiduel de la fonte est à 400 millièmes.
La fonte a ensuite été coulée dans un moule de type BCIRA.
A une épaisseur de 6 mm, la fonte traitée présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice : 55 % perlite, 15 % ferrite, 30 % cémentite - Nombre de nodules par mm2 : 270
Les résultats d'un tel inoculant selon l'invention ont été testés sur un bain de fonte.
Comme pour le procédé de fabrication, les exemples sont donnés pour des cas d'utilisation les plus courants avec un inoculant selon l'invention dont la particule support est de type FeSi.
Cela n'empêche en aucune manière l'utilisation d'inoculants selon l'invention comprenant d'autres types de particules support tel que le carbure de silicium ou le graphite, ces matériaux étant toutefois utilisés moins fréquemment en fonderie.
Exemple 1 : inoculant selon l'art antérieur (référence) Un bain de fonte à graphite sphéroïdal a été traité à un taux de 0,3 % en poids avec un alliage inoculant de type FeSi75, et contenant 0,8 % en masse d'aluminium et 0,7 % en masse de calcium.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %
(calculé selon la formule simplifiée Ceq = %C + 1/3 (%Si + %P) où %C, %Si et %P sont les teneurs en carbone, silicium et phosphore de la fonte).
Le magnésium résiduel de la fonte est à 400 millièmes.
La fonte a ensuite été coulée dans un moule de type BCIRA.
A une épaisseur de 6 mm, la fonte traitée présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice : 55 % perlite, 15 % ferrite, 30 % cémentite - Nombre de nodules par mm2 : 270
11 - Graphite de type VI: 57 %
- Nodularité moyenne : 85 %
- Diamètre moyen : 16,2 microns Exemple 2 : inoculant selon l'invention Un bain de fonte à graphite sphéroïdal a été traité à un taux de 0,3 % en masse avec un inoculant selon l'invention possédant la composition suivante :
- Alliage de particule support : FeSi75, et contenant 0,8 % en masse d'aluminium et 0,7 % en masse de calcium - Particules de surface : 1,5% en masse de particules de CaSi possédant une taille inférieure à 50 microns et 1,5% en masse de particules d'aluminium métallique de taille inférieure à 50 microns - Liant : 10% en masse d'une solution aqueuse de PVP
- Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %.
Le magnésium résiduel de la fonte est à 400 millièmes.
La fonte a ensuite été coulée dans un moule de type BOIRA.
A une épaisseur de 6 mm, la fonte traitée présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice : 45 % perlite, 50 % ferrite, 5 % cémentite - Nombre de nodules par mm2 : 540 - Graphite de type VI: 59 %
- Nodularité moyenne : 92 %
- Diamètre moyen : 18,7 microns Exemple 3 : inoculant suivant l'invention Traitement d'un bain de fonte à graphite sphéroïdal à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi 75 avec Al = 0,8 % en masse et Ca =
0,7 % en masse
- Nodularité moyenne : 85 %
- Diamètre moyen : 16,2 microns Exemple 2 : inoculant selon l'invention Un bain de fonte à graphite sphéroïdal a été traité à un taux de 0,3 % en masse avec un inoculant selon l'invention possédant la composition suivante :
- Alliage de particule support : FeSi75, et contenant 0,8 % en masse d'aluminium et 0,7 % en masse de calcium - Particules de surface : 1,5% en masse de particules de CaSi possédant une taille inférieure à 50 microns et 1,5% en masse de particules d'aluminium métallique de taille inférieure à 50 microns - Liant : 10% en masse d'une solution aqueuse de PVP
- Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %.
Le magnésium résiduel de la fonte est à 400 millièmes.
La fonte a ensuite été coulée dans un moule de type BOIRA.
A une épaisseur de 6 mm, la fonte traitée présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice : 45 % perlite, 50 % ferrite, 5 % cémentite - Nombre de nodules par mm2 : 540 - Graphite de type VI: 59 %
- Nodularité moyenne : 92 %
- Diamètre moyen : 18,7 microns Exemple 3 : inoculant suivant l'invention Traitement d'un bain de fonte à graphite sphéroïdal à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi 75 avec Al = 0,8 % en masse et Ca =
0,7 % en masse
12 - de particules en surface : 2,5 % de particules de Bismuth Bi de taille <100pm, et 2,5 % en masse de particules de l'alliage ferro-silico-terres rares (FeSiTR) de taille <100pm.
- Liant : 10% en masse d'une solution aqueuse de PVP
- Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à
100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent (Ceq) de la fonte est à 4,32 %.
Le magnésium résiduel est à 420 millièmes.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice = 50 % Perlite ¨ 50 % Ferrite ¨ 0 % de cémentite - Nombre de nodules/mm2 = 570 - Graphite de type VI = 62 %
- Nodularité moyenne = 92 %
- Diamètre moyen = 17,8pm Exemple 4 : inoculant suivant l'art antérieur Un bain de fonte à graphite sphéroïdal a été traité à un taux de 0,3 % en masse avec un inoculant élaboré classiquement de type Fe5i75, et contenant 1,2 % en masse d'aluminium, 1,5 % en masse de calcium et 1,5 %
en masse de zirconium.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %.
Le magnésium résiduel de la fonte est à 400 millièmes.
La fonte a ensuite été coulée dans un moule de type BOIRA.
A une épaisseur de 6 mm, la fonte traitée présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice : 45 % perlite, 50 % ferrite, 5 % cémentite - Nombre de nodules par mm2 : 505 - Graphite de type VI: 59 %
- Nodularité moyenne : 87 %
- Liant : 10% en masse d'une solution aqueuse de PVP
- Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à
100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent (Ceq) de la fonte est à 4,32 %.
Le magnésium résiduel est à 420 millièmes.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice = 50 % Perlite ¨ 50 % Ferrite ¨ 0 % de cémentite - Nombre de nodules/mm2 = 570 - Graphite de type VI = 62 %
- Nodularité moyenne = 92 %
- Diamètre moyen = 17,8pm Exemple 4 : inoculant suivant l'art antérieur Un bain de fonte à graphite sphéroïdal a été traité à un taux de 0,3 % en masse avec un inoculant élaboré classiquement de type Fe5i75, et contenant 1,2 % en masse d'aluminium, 1,5 % en masse de calcium et 1,5 %
en masse de zirconium.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %.
Le magnésium résiduel de la fonte est à 400 millièmes.
La fonte a ensuite été coulée dans un moule de type BOIRA.
A une épaisseur de 6 mm, la fonte traitée présente les caractéristiques suivantes :
- Structure de la matrice : 45 % perlite, 50 % ferrite, 5 % cémentite - Nombre de nodules par mm2 : 505 - Graphite de type VI: 59 %
- Nodularité moyenne : 87 %
13 - Diamètre moyen : 18,9 microns Ainsi, on voit que pour obtenir sensiblement les mêmes résultats, il serait nécessaire d'augmenter largement les quantités de composants inoculants et d'introduire du zirconium, par rapport à un inoculant possédant une structure selon notre invention.
Exemple 5: inoculant suivant l'art antérieur Traitement d'un bain de fonte de graphite lamellaire à 0,3 % en poids avec un produit base FeSi 75 avec Al = 1,0% en poids et Ca = 1,5 % en poids.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,3 %.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de cellules eutectiques/mm2: 0,2 - 40 % cémentite Exemple 6: inoculant suivant l'invention Traitement d'un bain de fonte de graphite lamellaire à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi 75 avec Al = 1,0 % en masse et Ca =
1,5 % en masse.
- de particules en surface : 5 % en masse de particules de sulfate de baryum BaSO4 de taille <100pm - Liant : 5% en masse d'une solution aqueuse de ciment - Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,3 %.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de cellules eutectiques par mm2 : 2
Exemple 5: inoculant suivant l'art antérieur Traitement d'un bain de fonte de graphite lamellaire à 0,3 % en poids avec un produit base FeSi 75 avec Al = 1,0% en poids et Ca = 1,5 % en poids.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,3 %.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de cellules eutectiques/mm2: 0,2 - 40 % cémentite Exemple 6: inoculant suivant l'invention Traitement d'un bain de fonte de graphite lamellaire à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi 75 avec Al = 1,0 % en masse et Ca =
1,5 % en masse.
- de particules en surface : 5 % en masse de particules de sulfate de baryum BaSO4 de taille <100pm - Liant : 5% en masse d'une solution aqueuse de ciment - Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,3 %.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de cellules eutectiques par mm2 : 2
14 - Pas de cémentite Exemple 7: inoculant suivant l'art antérieur Traitement d'un bain de fonte de graphite lamellaire à 0,3 % en masse avec un produit base FeSi75 avec FeSi 75 avec Al = 1,0 % en masse, Ca = 1,5% en masse et Zr = 1,5 % en masse.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,3 %.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de cellules eutectiques par mm2 : 1,5.
- 5 % de cémentite Exemple 8: Pièces d'épaisseurs différentes - inoculant selon l'invention Traitement d'un bain de fonte de graphite sphéroidal à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi 75 avec Al = 1,0 % en masse et Ca =
1,0 % en masse - de particules en surface : 5 % d'un mélange de poudres d'aluminium (taille <75pm) et de CaSi (taille <75pm) - Liant : 2% en masse d'une solution aqueuse de PVP
- Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant au jet lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce ayant des épaisseurs différentes: 4 mm et 25 mm.
Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 4 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 502 - Diamètre moyen : 17pm - Graphite de type VI: 85 %
- Nodularité : 98 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 48 %
- Perlite : 52 %
5 Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 25 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 250 - Diamètre moyen : 23 pm - Graphite de type VI: 87 'Vo 10 - Nodularité : 98.5 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 50 %
- Perlite : 50 %
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans la poche de fonte, avant remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,3 %.
La fonte est coulée dans un moule BOIRA.
A l'épaisseur de 6 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de cellules eutectiques par mm2 : 1,5.
- 5 % de cémentite Exemple 8: Pièces d'épaisseurs différentes - inoculant selon l'invention Traitement d'un bain de fonte de graphite sphéroidal à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi 75 avec Al = 1,0 % en masse et Ca =
1,0 % en masse - de particules en surface : 5 % d'un mélange de poudres d'aluminium (taille <75pm) et de CaSi (taille <75pm) - Liant : 2% en masse d'une solution aqueuse de PVP
- Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant au jet lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,32 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce ayant des épaisseurs différentes: 4 mm et 25 mm.
Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 4 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 502 - Diamètre moyen : 17pm - Graphite de type VI: 85 %
- Nodularité : 98 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 48 %
- Perlite : 52 %
5 Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 25 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 250 - Diamètre moyen : 23 pm - Graphite de type VI: 87 'Vo 10 - Nodularité : 98.5 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 50 %
- Perlite : 50 %
15 Exemple 9: Pièces d'épaisseurs différentes - inoculant selon l'art antérieur Traitement d'un bain de fonte de graphite sphéroidal à 0,3 % en masse avec un alliage Fe5i75 obtenu classiquement, contenant 1,0% Al, 1.0 % Ca et 1.5 'Vo Zr.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant au jet lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,31 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce ayant des épaisseurs différentes: 4 mm et 25 mm.
Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 4 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 350.
- Diamètre moyen : 19 pm - Graphite de type VI: 70 %
- Nodularité : 95 %
- Cémentite : 30 %
- Ferrite : 40 %
- Perlite : 30 %
Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 25 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2: 150.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant au jet lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,31 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce ayant des épaisseurs différentes: 4 mm et 25 mm.
Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 4 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 350.
- Diamètre moyen : 19 pm - Graphite de type VI: 70 %
- Nodularité : 95 %
- Cémentite : 30 %
- Ferrite : 40 %
- Perlite : 30 %
Sur la pièce coulée, sur la partie d'épaisseur de 25 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2: 150.
16 - Diamètre moyen : 25 pm - Graphite de type VI: 73 %
- Nodularité : 95.5 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 50 %
- Perlite : 50 %
Ainsi, on voit qu'il est possible avec l'inoculant selon l'invention d'inoculer efficacement les différentes parties d'une pièce avec différentes épaisseurs, alors qu'il est difficile d'y parvenir avec un inoculant fabriqué
suivant l'art antérieur.
Exemple 10: Pièces de forte épaisseur - inoculant selon l'invention Traitement d'un bain de fonte de graphite sphéroidal à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi75 avec Al = 1,0 % en masse et Ca = 1,0 % en masse - de particules en surface : 5 % d'un mélange de poudres d'aluminium (taille <75pm) et de CaSi (taille <75pm) - Liant : 10% en masse d'une solution aqueuse de ciment - Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans le bassin de coulée lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,33 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce de forte épaisseur (170mm).
Sur la pièce coulée d'épaisseur 170mm, au centre de la pièce, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 160 - Graphite de type VI: 65 %
- Diamètre moyen : 25 pm - Nodularité : 99.2 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 50 %
- Perlite : 50 %
- Nodularité : 95.5 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 50 %
- Perlite : 50 %
Ainsi, on voit qu'il est possible avec l'inoculant selon l'invention d'inoculer efficacement les différentes parties d'une pièce avec différentes épaisseurs, alors qu'il est difficile d'y parvenir avec un inoculant fabriqué
suivant l'art antérieur.
Exemple 10: Pièces de forte épaisseur - inoculant selon l'invention Traitement d'un bain de fonte de graphite sphéroidal à 0,3 % en masse avec un produit constitué :
- d'un alliage support: FeSi75 avec Al = 1,0 % en masse et Ca = 1,0 % en masse - de particules en surface : 5 % d'un mélange de poudres d'aluminium (taille <75pm) et de CaSi (taille <75pm) - Liant : 10% en masse d'une solution aqueuse de ciment - Dépôt des particules de surface par collage réalisé par fluidisation à 100 C.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans le bassin de coulée lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,33 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce de forte épaisseur (170mm).
Sur la pièce coulée d'épaisseur 170mm, au centre de la pièce, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 160 - Graphite de type VI: 65 %
- Diamètre moyen : 25 pm - Nodularité : 99.2 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 50 %
- Perlite : 50 %
17 Exemple 11: Pièces de forte épaisseur - inoculant selon l'art antérieur Traitement d'un bain de fonte de graphite sphéroidal à 0,3 % en masse avec un alliage FeSi75 obtenu classiquement, contenant 1.0 % de Bi, et 0.6 % de Terres Rares.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans le bassin de coulée lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,31 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce de forte épaisseur : 170 mm.
Sur la pièce coulée, en milieu de la pièce d'épaisseur 170 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 155.
- Diamètre moyen : 22 pm - Graphite de type VI : 50 %
- Nodularité : 85 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 52 %
- Perlite : 48 %
Ainsi, on voit qu'il est possible avec l'inoculant selon l'invention d'inoculer efficacement des pièces de fortes épaisseurs, tout en conservant une bonne nodularité du graphite.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
Le traitement s'effectue par ajout de l'inoculant dans le bassin de coulée lors du remplissage du moule.
La quantité de carbone équivalent de la fonte (Ceq) est à 4,31 %.
La fonte est ensuite coulée dans un moule pour fabriquer une pièce de forte épaisseur : 170 mm.
Sur la pièce coulée, en milieu de la pièce d'épaisseur 170 mm, la fonte présente les caractéristiques suivantes :
- Nombre de nodules /mm2 : 155.
- Diamètre moyen : 22 pm - Graphite de type VI : 50 %
- Nodularité : 85 %
- Cémentite : 0 %
- Ferrite : 52 %
- Perlite : 48 %
Ainsi, on voit qu'il est possible avec l'inoculant selon l'invention d'inoculer efficacement des pièces de fortes épaisseurs, tout en conservant une bonne nodularité du graphite.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
Claims (17)
1. Inoculant particulaire en poudre pour le traitement de la fonte en phase liquide, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, des particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, et d'autre part, des particules de surface en un matériau favorisant la germination et la croissance de graphite, disposées et réparties de manière discontinue à la surface des particules support, les particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support.
2. Inoculant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules support sont en un matériau favorisant l'association du carbone au fer sous forme de graphite.
3. Inoculant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules support sont en un matériau à base de silicium et/ou de carbone.
4. Inoculant selon la revendication 3, caractérisé en ce que les particules support contiennent au moins 40 % en masse de silicium par rapport à la masse desdites particules.
5. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les particules support sont réalisées à partir d'un alliage ferreux.
6. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules support comprennent, notamment sous forme alliée, au moins un élément d'addition, tel que de l'aluminium ou du calcium, notamment entre 0,2 et 5 % en masse pour chaque élément d'addition, par rapport à la masse des particules support.
7. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les particules support comprennent, notamment sous forme alliée, au moins un élément de traitement à effet anti-retassure, notamment en une quantité comprise entre 0,5 et 6 % en masse, par rapport à
la masse des particules support.
la masse des particules support.
8. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la proportion des particules de surface est comprise en et 8 % en masse, par rapport à la masse d'inoculant.
9. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, jusqu'à l'introduction dans la fonte, les particules de surface occupent entre 80 et 90 % de la surface des particules support.
10. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les particules de surface sont choisies, individuellement ou en mélange, parmi des éléments métalliques, tels qu'aluminium, bismuth et manganèse, des siliciures, notamment de fer, terres rares et calcium, des oxydes, tels qu'oxydes d'aluminium, de calcium, de silicium ou de baryum, des sulfures métalliques, notamment de fer, calcium et terres rares, des sulfates, notamment de baryum, et du noir de carbone.
11. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les particules de surface sont incrustées à la surface des particules support.
12. Inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les particules de surface sont collées par l'intermédiaire d'un liant à la surface des particules support.
13. Procédé de fabrication d'un inoculant pour le traitement de la fonte selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant les étapes suivantes :
On dispose de particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, présentant une granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, d'une part, et de particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support, d'autre part, On mélange les particules support et les particules de surface, à
sec, à grande vitesse, par exemple de 1000 à 1500 tours/min, pour obtenir un dépôt par incrustation des particules de surface à la surface des particules support, selon une répartition discontinue.
On dispose de particules support en un matériau fusible dans la fonte liquide, présentant une granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, d'une part, et de particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support, d'autre part, On mélange les particules support et les particules de surface, à
sec, à grande vitesse, par exemple de 1000 à 1500 tours/min, pour obtenir un dépôt par incrustation des particules de surface à la surface des particules support, selon une répartition discontinue.
14. Procédé de fabrication d'un inoculant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant les étapes suivantes :
On dispose de particules support présentant une granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, de particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support, et d'un liant dans un solvant, On mélange les particules support, les particules de surface et le liant, et On élimine le solvant du liant, par exemple par évaporation.
On dispose de particules support présentant une granulométrie variant de 0,2 à 7 mm, de particules de surface présentant une granulométrie telle que leur d50 est inférieur ou égal à un dixième du d50 des particules support, et d'un liant dans un solvant, On mélange les particules support, les particules de surface et le liant, et On élimine le solvant du liant, par exemple par évaporation.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le liant est choisi parmi les liants organiques et polymères, et notamment, parmi l'alcool polyvinylique (APV), la cellulose (CMC), la polyvinylpyrrolidone (PVP) et le ciment.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les particules support sont en un matériau FeSi contenant de l'aluminium et du calcium.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que les particules de surface sont en un matériau choisi parmi l'aluminium, le bismuth, les siliciures, notamment de fer, terres rares et calcium, des oxydes, tels qu'oxydes d'aluminium, de calcium, de silicium ou de baryum, des sulfures métalliques, notamment de fer, calcium et terres rares, des sulfates, notamment de baryum, et du noir de carbone.
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