<B>Procédé de</B> fabrication <B>de fonte malléable.</B> Il est bien connu que l'on produit la fonte malléable à coeur noir par traitement thermi que de la fonte blanche ordinaire et qu'elle a maintes propriétés désirables, la limite élas tique étant comprise entre 15,75 et 25 kg/mm2, la charge de rupture entre 28,5 et 40 kg/mm2 et l'allongement entre 10 et 20 %,
pourvu que la matrice soit entièrement ferritique et que la teneur en phosphore soit basse. Toutefois, comme il est essentiel que la fonte initiale soit complètement. blanche, la gamme des composi tions est limitée et l'épaisseur des moulages ne doit pas, en pratique, dépasser 5 cm. En fait, dans le cas où l'on s'écarte des gammes assez étroites de compositions qui sont appro priées, ou dans le cas d'un refroidissement lent, le graphite primaire est précipité; ce graphite se présente sous forrrle de lamelles et on doit usiner légèrement le moulage.
De plus, le traitement thermique de malléabili- sation est usuellement long, à savoir 30 à 150 heures.
Comme il est exposé au brevet suisse N 278655, on a récemment découvert que si l'on ajoute du magnésium à un fer fondu donnant. par coulée une fonte grise, et à con dition qu'il reste suffisamment de magnésium dans la pièce coulée, la microstructure du fer diffère radicalement de celle d'une fonte grise normale du fait que du graphite et pratique ment tout le graphite apparaît, sous de faibles grossissements, sous forme de particules com pactes, arrondies, généralement presque cir- culaires, peu résistantes, de couleur grise, ou sous forme de conglomérats ou groupes de telles particules. Ces particules ou conglomé rats ou groupes sont dits sphéroïdaux .
La plus grande partie du graphite sphéroïdal, lorsqu'on l'examine au microscope à de forts grossissements après sectionnement et polis sage appropriés et sous un éclairage conve nable, a l'apparence d'une structure rayon nante, et si on le regarde à la lumière polarisée avec un microscope muni de polariseurs croi sés, on voit s'éteindre des zones successives des particules, lorsqu'on fait tourner la pla tine du microscope. Ce graphite sphéroïdal doit donc être distingué de la forme irrégu lière et d'apparence pelucheuse du graphite que l'on trouve dans la fonte malléable ordi naire à coeur noir, lequel graphite est sous forme d'agrégat de fines lamelles.
Dans le procédé de fabrication de fonte malléable selon l'invention, on prépare une pièce coulée, de fonte à cassure dont la sur face paraît, au moins par sa phis grande par- tie, blanche, et contenant de 0,03 à 0,5 % de magnésium, et on la soumet à un traitement thermique de malléabilisation, de façon à dé composer au moins en partie les carbures massifs en fer et graphite sphéroïdal.
La fonte malléable résultant a une ductilité plus grande que celle de la fonte grise contenant, après coulée, du graphite sphéroïdal, et non soumise au traitement thermique et peut, de ce fait, être utilisée à des fins pour lesquelles cette fonte grise, malgré ses propriétés remarqua bles, ne convient pas.
La fonte malléable obtenue conformément à l'invention possède une combinaison remar quable de propriétés. En particulier, pour les mêmes valeurs d'allongement, les limites élas tiques et les charges de rupture à la traction de la fonte obtenue conformément à l'invention sont plus grandes que celles de la fonte malléa ble à coeur noir normale.
Ainsi, pourvu que la matrice soit encore entièrement feiTitique et que la teneur en phosphore soit basse, l'allon- gement étant compris entre 10 et 20 %, la limite élastique est comprise dans l'intervalle de 23,5 à.
40 kg/mm2 (en général 31,5 kg/nim2 environ) et la charge de rupture est comprise dans l'intervalle de 35 à 52 kg/mm2 (généra lement 44 kg/mm2 environ). La comparaison de ces chiffres avec ceux donnés plus haut et qui sont les chiffres moyens obtenus sur les fontes malléables à coeur noir montre immé diatement que l'on obtient. avec un même allongement pleinement satisfaisant des limi tes élastiques et des charges de rupture sen siblement plus élevées.
Lin autre avantage réside dans le fait, que l'on n'a plus de limitation dans la dimension des moulages.
On a fait. antérieurement des propositions pour traiter la fonte en fusion avec du ma gnésium. Le magnésium est un élément. haute ment. réactif et on doit. prendre des précau tions spéciales si l'on veut qu'il en reste une certaine quantité dans la fonte brute de cou- lée. S'il y a moins de 0,03 % de magnésium dans la fonte brute de coulée, on ne peut pas obtenir une forme sphéroïdale du graphite par traitement thermique.
Par exemple, on a constaté qu'un moulage en fonte blanche exempt de magnésium, contenant 2,8 % de carbone, 0,8 % de silicium et 1 % de nickel, ainsi qu'un moulage similaire contenant, en outre, 0,
016 % de magnésium retenu contien- nent du graphite sous forme d'agrégats de lamelles, après avoir été traités à 952 C.
D'autre part, dans un moulage similaire ren- fermant environ 0,07 % de magnésium re- tenu, le graphite est sous forme sphéroïdale après le même traitement thermique de mal- léabilisation.
On peut ajouter le magnésium à la fonte en fusion sous forme d'alliage par exemple avec du nickel ou du cuivre. De préférence, on introduit le magnésium sous forme d'un alliage dont. la densité approche celle du bain en fusion ou la dépasse, étant donné que plus la densité est grande, plus, dans un ensemble donné de conditions, la proportion de magné sium retenue dans le métal est élevée. Des alliages nickel-magnésium contenant de 4 à.
20 % de magnésium et des alliages nickel- magnésium-carbone contenant de 12 à. 7.5 0/0 de magnésium et. de 1,3 à 2,5 % de carbone donnent des résultats satisfaisants.
En géné ral, plus la concentration en magnésium dans l'agent d'addition est grande, plus le pourcen tage de magnésium effectivement introduit dans la coulée est. proportionnellement faible. Plus la température du bain en fusion au mo ment de l'introduction du magnésium soit sous forme d'alliage, soit. sous une autre forme, est faible, plus la proportion du ma gnésium retenu est, grande.
A titre d'exemple de l'addition de magné sium sous forme d'alliage, un alliage compre- nant 13,15 % de magnésium, le complément étant du nickel, est. concassé en morceaux d'un calibre de 9 mm environ et. est.
ajouté à la surface d'une fonte en fusion contenant 3,31/0 de carbone, 1,5% de silicium, 0,10% de soufre et 0,027 % de phosphore, à suie tem- pérature de 1370 C.
La quantité d'alliage ajoutée est de 1,63 % en poids par rapport au métal en fusion et la. quantité de magné sium présente dans le moulage de fonte blan che résultante est de 0,069 0/0.
A titre d'autre exemple, un alliage renfermant 19 % de ma- gnésium et 81% de nickel est concassé de manière similaire et plongé au-dessous de la surface d'une fonte <RTI
ID="0002.0142"> en fusion contenant 3,4 % de carbone, 1,7 % de silicium, 0,03 % de sou- fre et 0,07 % de phosphore,
à une tempéra- ture de 1.165 C. La quantité d'alliage ajouté représente 1,7 % en poids du métal en fusion et la quantité de magnésium dans le moulage en fonte blanche résultant est de 0,08 0/0.
Le magnésium réagit particulièrement avec le soufre et un moulage contenant au moins 0,03 % de magnésium est caractérisé par une très basse teneur en soufre, en géné- ral de 0,
02 % de soufre ou moins. Ceci est plus clairement illustré par les résultats don nés par certains essais.
Dans ces essais, on est parti de fonte liquide renfermant 3 % de car- bone, 0,5 % de silicium, 0,5 % de manganèse et 0,
11 % de soufre et on forme un premier mou- lage à partir de cette fonte sans autre traite ment ultérieur. Cette fonte présente une cas sure blanche lorsqu'elle est brute de coulée.
On fait un second moulage en traitant une partie de la. fonte liquide avec une petite quantité de magnésium; il présente à l'état brut de coulée une cassure blanche et contient 0,087 % de soufre et 0,012 % de magnésium. On traite une troisième partie de la coulée avec une quantité de magnésium légèrement plus grande;
le moulage présente une cassure truitée brute de coulée et contient 0,036 % de soufre et 0,025 % de magnésium. On traite une quatrième partie de la coulée avec assez de magnésium pour obtenir une teneur en magnésium retenu de 0,036 010,
le teneur en soufre étant réduite à 0,018,%. On soumet ces quatre moulages de fonte au même traite ment de malléabilisation à température éle vée. On constate que, après ce traitement., le graphite des trois premiers moulages est sous forme de lamelles, tandis que dans le qua trième moulage, il se présente sous forme sphé- roïdale.
Il n'est pas essentiel d'utiliser une fonte liquide ayant -une composition telle que, sans adjonction de magnésium, elle fournisse un moulage blanc, parce que le magnésium qui est. ajouté a une tendance énergique à. donner de la fonte blanche. Il est possible, par suite, d'utiliser des fontes qui seraient grises à l'état brut de coulée, si elles étaient coulées sans y retenir de magnésium, et d'obtenir cepen dant des fontes malléables très satisfaisantes contenant du graphite sphéroïdal.
En réalité, même lorsqu'une certaine quantité de gra phite se trouve déjà présente dans la fonte contenant du magnésium que l'on soumet au traitement de malléabilisation, ce graphite se présente sous la forme sphéroïdale et n'affecte pas d'une manière nuisible les propriétés de la fonte après traitement thermique et, en fait, il est avantageux. Cette caractéristique permet d'utiliser l'inoculation, aussi bien que des compositions ayant de fortes tendances à la graphitisation, dans la production du mou lage initial en fonte à cassure dont la surface paraît blanche, au moins sur sa plus grande partie, qu'on se propose de malléabiliser. Une telle fonte peut donc contenir déjà une cer taine quantité de graphite sphéroïdal.
Par suite du fait que le métal liquide n'a pas besoin de fournir un moulage complète ment blanc, la fonte de base peut contenir de plus grandes quantités de carbone et de- sili- ciiun (qui sont des éléments de graphitisa- tion) que les moulages utilisés pour produire la fonte malléable ordinaire à coeur noir.
Les avantages consistent en ce que l'on obtient une meilleure fluidité et une meilleure coula- bilité à l'état de fusion et que l'on peut obte nir les fontes de base à partir d'une plus grande variété de matières brutes et avec moins d'exigences pour contrôler étroitement les teneurs en carbone et en silicium. De plus, en raison de l'effet blanchissant du magné sium, les moulages peuvent contenir des phis grandes quantités d'éléments d'alliage ou gra- phitisants tels que le nickel et le cuivre que celles qu'il était possible d'introduire dans la fonte malléable ordinaire.
Ceci donne la pos sibilité d'augmenter la résistance à la rupture et. à la corrosion de la fonte malléable. Quand la fonte en fusion fournit, sans addition de magnésium, tut moulage gris ou quand on obtient des moulages de section supéi@ïeure à 5 cm, on doit ajouter assez de magnésium pour assurer une teneur en magnésium retenu supérieure à 0,03 0/0, de préférence supérieure à 0,
05 %. Il est préférable de donner au ma- gnésium une teneur comprise entre 0,06 et 0,15 0/0.
Bien que la teneur en magnésium puisse être aussi élevée que 0,5 %, elle ne doit pas, de préférence, dépasser 0,2 0/0.
Le fait que l'on peut utiliser une fonte de base qui, sans addition de magnésium, au- rait une structure grise, est d'une importaiiee pratique dans les fonderies dans lesquelles on exécute également des moulages en fonte mal léable et des moulages en fonte grise, étant donné qu'il devient. inutile de produire une coulée qui serait de structure blanche, en vue de malléabilisation ultérieure. Au contraire, on peut. utiliser une composition de base nor male à la fois pour les moulages en fonte malléable et. les moulages en fonte' grise et on peut leur donner une structure blanche pour les moulages malléables par addition de ma gnésium.
Pour la. mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut préparer une fonte blan che contenant, en plus du magnésium, de 1,8 à 4-% de carbone, de 0,4 à -1% de sili- cium, de 0,
05 à 2 % de manganèse et. des proportions maximums de 3,5 % de nickel et de 2 % de cuivre, ces deux derniers métaux pouvant être tous deux absents, le complément,
étant constitué par du fer et des impuretés, la. quantité de magnésium ajoutée étant. telle que la teneur en soufre du fer soit réduite à, moins de 0,021/o. Les fontes ayant de faibles teneurs en manganèse, c'est- à-dire des teneurs inférieures à 0,30/0, sont caractérisées par une vitesse de malléabilisa- tion plus grande que celle des fontes simi laires qui contiennent davantage de manga nèse.
Des fontes blanches que l'on peut mal- léabiliser rapidement et qui possèdent une excellente combinaison de propriétés sont celles renfermant de 0,05 à 0,20% de man- ganèse, de 2,5 à 3,5 % de carbone, de 0,4 à 2,
6 % de silicium et de 0,04 à 0,15 % de ma- gnésium et pouvant ne contenir ni cuivre ni nickel.
Le phosphore affecte de manière nui sible la ductilité de la fonte malléable et sa teneur est, de préférence, maintenue au-des sous de 0,12 0/0, mais il ne gêne pas la for mation de graphite sphéroïdal pendant le traitement. thermique. Certains autres élé ments que l'on ne trouve pas d'ordinaire dans la fonte sont, nuisibles et doivent autant. que possible être éliminés. Ces éléments nuisibles sont l'étain, le plomb, l'arsenic, le bismuth, l'antimoine et le tellure.
L'étain est particu- lièrement nuisible et, d'une manière générale, ne doit pas être présent en quantités supé- rieures à 0,05 %. Des éléments stabilisants ou ayant tendance à donner de la fonte blanche, tels que le chrome, doivent être évités ou ne doivent être présents qu'en faibles quantités, par exemple la.
teneur en chrome ne doit pas, de préférence, dépasser 0,15 %.
La teneur du carbone combiné dans la fonte malléable qui possède une matrice prin cipalement ferritique est usuellement basse, c'est-à-dire en dessous de 0,2%, quoique la teneur en carbone combiné dans les moulages ayant une matrice principalement. perlitique soit plus élevée, par exemple de 0,5 à 1 0/0.
De préférence, presque tout. le carbone ou gra phite non combiné est sous forme sphéroïdale, quoique l'on obtienne des résultats intéres sants même si une seule partie, à savoir 25 0/0, du graphite est sphéroïdale.
On conduit le traitement thermique appli qué aux moulages en fonte blanche aux tem pératures habituelles de malléabilisation, mais, en général, on l'effectue en beaucoup moins de temps que lorsque l'on produit de la fonte malléable à. coeur noir ordinaire.
Pour produire une fonte malléable présentant une matrice ferritique, le traitement peut com prendre un chauffage à une température com prise entre 8.10 et 980 C, de préférence entre 900 et 925 C, pendant. 5 à 15 heures, puis un chauffage à une température inférieure à la température de transformation gamma- alpha, mais de préférence pas inférieure de plus de 45 C à cette température de trans formation pendant une plus courte période, à savoir 2 à 5 heures. Les températures nor malement utilisées dans le second chauffage sont comprises entre 690 et 710 C.
Quand on désire obtenir de la fonte malléable ayant une matrice essentiellement perlitique, on supprime le second traitement à. température de l'ordre de 700 C.
Par exemple, on fond de la fonte conte- nant 3 % de carbone, 0,4 0/0 de silicium, 0,014 % de phosphore, 0,07 % de manganèse et 0,04(1/o de soufre.
Une partie de la fonte en fusion est traitée avec du magnésium, par exemple un alliage nickel-magnésium conte- nant 87 % de nickel et 13 % de magnésium et est coulée sans inoculation, sous forme d'une barre de fonte blanche et dure con- tenant environ 0,
06 % de magnésium retenu, qui est sensiblement exempte de carbone non combiné. On coule une autre partie de la fonte en fusion, sans addition de magnésium, sous forme d'une barre en fonte blanche dure. On chauffe ces deux barres pendant 10 heu res environ à 925 C environ et on les refroi dit à l'air. Le carbone non combiné contenu dans la barre renfermant du magnésium et que l'on a traitée thermiquement se présente sous forme de sphéroïdes denses dispersés dans une matrice perlitique, presque tous les carbures massifs ayant été décomposés par le traitement thermique.
La dureté Brinell de cette barre est de 279. D'autre part, dans la barre exempte de magnésium traitée thermi- quement, seule une petite portion des car- hures massifs présents initialement dans la barre exempte de magnésium a été décompo- ,sée en carbone non combiné, sous une forme irrégulière, duveteuse, agglomérée en lamelles réparties dans une matrice de perlite et de carbure. La dureté Brinell de cette barre est de 393.
A titre d'autre exemple, on fond une fonte contenant 2,4 % de carbone, 0,65 % de sili- cium, 0,24 % de manganèse et 0,
03 % de sou- fre. On coule une partie du métal en fusion sans traitement ultérieur; le moulage est blanc et a une dureté Brinell de 387. On ajoute suffisamment de magnésium à une autre partie de la coulée pour obtenir une teneur en magnésium restant dans la fonte (le 0,0511/o dans un moulage que l'on en obtient, et ce moulage a une dureté Brinell de 428.
On soumet ensuite les deux moulages < < un traitement thermique comprenant un chauffage à environ 950 C pendant 5 heures, un refroidissement au four à 690 C environ et un chauffage à cette température pendant 5 heures, suivi d'un refroidissement à l'air à la température atmosphérique. Après ce traitement thermique, le moulage exempt de magnésium a une dureté Brinell de 207 en- viron et le graphite qui y est contenu est :Sous forme d'agrégat de lamelles.
Le moulage contenant du magnésium, après le traitement thermique, a une dureté Brinell de 157, mais une charge de rupture de 44 kg/mm2 et cons titue une fonte malléable ferritique compor tant du graphite sous forme sphéroïdale.
Etant donné que les quantités de magné sium en question sont très faibles, des procé dés différents d'analyse peuvent donner fa cilement des résultats différents, et il est dé sirable, par conséquent, de signaler que les chiffres donnés dans la description sont obte nus par le procédé suivant: On dissout l'échantillon dans un mélange d'acide perchlorique et d'acide nitrique. On évapore jusqu'à production de fumées, on dilue et filtre. On sépare la majeure partie du fer du filtrat par électrolyse dans une cel lule à cathode de mercure en laissant assez de fer pour former une combinaison avec le phosphore présent. On rend la solution am moniacale, ajoute du persulfate d'ammonium, fait bouillir et filtre.
On précipite le magné sium dans le filtrat avec du phosphate diam- monique, de la manière habituelle, on filtre, on calcine et pèse le Mg sous forme de Mg2P207.
<B> Process for </B> Manufacture <B> Malleable Iron. </B> It is well known that black-core malleable iron is produced by heat treatment of ordinary white iron and has many desirable properties, the elastic limit being between 15.75 and 25 kg / mm2, the breaking load between 28.5 and 40 kg / mm2 and the elongation between 10 and 20%,
provided the matrix is fully ferritic and the phosphorus content is low. However, as it is essential that the initial melt is completely. white, the range of compositions is limited and the thickness of the moldings should not, in practice, exceed 5 cm. In fact, in the case of deviating from the fairly narrow ranges of compositions which are suitable, or in the case of slow cooling, the primary graphite is precipitated; this graphite is in the form of lamellae and the molding must be lightly machined.
In addition, the heat treatment for malleability is usually long, namely 30 to 150 hours.
As disclosed in Swiss Patent No. 278655, it has recently been discovered that if magnesium is added to a resulting molten iron. by casting a gray cast iron, and provided that sufficient magnesium remains in the casting, the microstructure of iron differs radically from that of normal gray cast iron in that graphite and practically all of the graphite appears, under at low magnifications, in the form of compact, rounded, generally almost circular, weak, gray particles, or in the form of conglomerates or groups of such particles. These particles or conglomerate rats or groups are said to be spheroidal.
Most of the spheroidal graphite, when examined under a microscope at high magnifications after appropriate sectioning and polishing and under suitable lighting, has the appearance of a radiant structure, and if viewed from a distance. When light is polarized with a microscope equipped with crossed polarizers, successive zones of the particles are seen to go out when the plate of the microscope is rotated. This spheroidal graphite should therefore be distinguished from the irregular shape and fluffy appearance of the graphite found in ordinary black core malleable iron, which graphite is in the form of an aggregate of fine lamellae.
In the process for manufacturing malleable iron according to the invention, a casting is prepared, of fractured iron, the surface of which appears, at least for its most part, white, and containing from 0.03 to 0, 5% magnesium, and it is subjected to a heat treatment of malleability, so as to decompose at least in part the solid carbides into iron and spheroidal graphite.
The resulting malleable iron has a greater ductility than that of gray iron containing, after casting, spheroidal graphite, and not subjected to heat treatment and, therefore, can be used for purposes for which this gray iron, despite its remarkable properties, not suitable.
The malleable iron obtained according to the invention has a remarkable combination of properties. In particular, for the same elongation values, the elastic limits and the tensile breaking loads of the cast iron obtained according to the invention are greater than those of normal black-core malleable cast iron.
Thus, provided the matrix is still completely feiTitic and the phosphorus content is low, the elongation being between 10 and 20%, the elastic limit is in the range of 23.5 to.
40 kg / mm2 (generally about 31.5 kg / nim2) and the breaking load is in the range of 35 to 52 kg / mm2 (generally about 44 kg / mm2). The comparison of these figures with those given above and which are the average figures obtained on malleable cast irons with a black core immediately shows that one obtains. with the same fully satisfactory elongation of the elastic limits and significantly higher breaking loads.
Another advantage lies in the fact that there is no longer any limitation in the size of the moldings.
We did. previously proposals for treating molten iron with magnesium. Magnesium is an element. loudly. responsive and we must. take special precautions if a certain quantity is to remain in the pig iron. If there is less than 0.03% magnesium in the pig iron, a spheroidal shape of graphite cannot be obtained by heat treatment.
For example, it has been found that a white cast iron casting free of magnesium, containing 2.8% carbon, 0.8% silicon and 1% nickel, as well as a similar casting containing, in addition, 0,
016% of retained magnesium contains graphite in the form of aggregate lamellae, after being treated at 952 C.
On the other hand, in a similar molding containing about 0.07% retained magnesium, the graphite is in spheroidal form after the same heat treatment of malabilization.
Magnesium can be added to the molten iron in the form of an alloy, for example with nickel or copper. Preferably, the magnesium is introduced in the form of an alloy in which. the density approaches or exceeds that of the molten bath, since the greater the density, the greater, under a given set of conditions, the proportion of magnesium retained in the metal. Nickel-magnesium alloys containing from 4 to.
20% magnesium and nickel-magnesium-carbon alloys containing 12 to. 7.5 0/0 of magnesium and. from 1.3 to 2.5% of carbon give satisfactory results.
In general, the greater the concentration of magnesium in the addition agent, the greater the percentage of magnesium actually introduced into the melt. proportionately low. The higher the temperature of the molten bath when the magnesium is introduced either in the form of an alloy or. in another form, is low, the greater the proportion of the retained magnesium.
As an example of the addition of magnesium in alloy form, an alloy comprising 13.15% magnesium, the remainder being nickel, is. crushed into pieces of a caliber of about 9 mm and. East.
added to the surface of a molten iron containing 3.31 / 0 carbon, 1.5% silicon, 0.10% sulfur and 0.027% phosphorus, at a soot temperature of 1370 C.
The amount of alloy added is 1.63% by weight based on the molten metal and the. amount of magnesium present in the resulting white iron casting is 0.069%.
As another example, an alloy containing 19% magnesium and 81% nickel is similarly crushed and dipped below the surface of a cast iron <RTI
ID = "0002.0142"> molten containing 3.4% carbon, 1.7% silicon, 0.03% sulfur and 0.07% phosphorus,
at a temperature of 1.165 C. The amount of alloy added is 1.7% by weight of the molten metal and the amount of magnesium in the resulting white cast iron casting is 0.08%.
Magnesium reacts particularly with sulfur and a casting containing at least 0.03% magnesium is characterized by a very low sulfur content, generally 0.
02% sulfur or less. This is more clearly illustrated by the results given by certain trials.
In these tests, we started with liquid cast iron containing 3% carbon, 0.5% silicon, 0.5% manganese and 0,
11% sulfur and a first cast is formed from this melt without further treatment. This cast iron exhibits a sure white case when it is as-cast.
A second molding is made by treating part of the. liquid cast iron with a small amount of magnesium; it shows a white break in the as-cast state and contains 0.087% sulfur and 0.012% magnesium. A third part of the casting is treated with a slightly larger quantity of magnesium;
the molding exhibits an as-cast truit break and contains 0.036% sulfur and 0.025% magnesium. A fourth part of the casting is treated with enough magnesium to obtain a retained magnesium content of 0.036 010,
the sulfur content being reduced to 0.018%. These four castings are subjected to the same high temperature malleability treatment. It is found that, after this treatment., The graphite of the first three moldings is in the form of lamellae, while in the fourth molding, it is in spheroidal form.
It is not essential to use a liquid cast iron having a composition such that, without the addition of magnesium, it provides a white cast, because magnesium that is. added has an energetic tendency to. give white cast iron. It is therefore possible to use cast irons which would be gray in the as-cast state if they were cast without retaining magnesium therein, and yet to obtain very satisfactory malleable cast irons containing spheroidal graphite.
In fact, even when a certain quantity of graphite is already present in the iron containing magnesium which is subjected to the treatment of malleability, this graphite is in the spheroidal form and does not affect in a detrimental way. the properties of cast iron after heat treatment and, in fact, it is advantageous. This feature makes it possible to use inoculation, as well as compositions having strong tendencies to graphitization, in the production of the initial molding of fractured cast iron, the surface of which appears white, at least for the greater part, than we propose to make it malleable. Such a cast iron can therefore already contain a certain quantity of spheroidal graphite.
Because the molten metal does not need to provide a completely white cast, the base iron may contain greater amounts of carbon and sili- ciiun (which are graphitizing elements) than the castings used to produce ordinary black core malleable iron.
The advantages are that better fluidity and better melt flowability are obtained and that the base irons can be obtained from a greater variety of raw materials and with fewer requirements to tightly control carbon and silicon contents. In addition, due to the whitening effect of magnesium, the castings may contain greater amounts of alloying or gra- phitizing elements such as nickel and copper than could be introduced in. ordinary malleable iron.
This gives the pos sibility of increasing the tensile strength and. corrosion of malleable iron. When the molten iron provides, without the addition of magnesium, all gray castings or when castings with a cross-section greater than 5 cm are obtained, enough magnesium must be added to ensure a retained magnesium content greater than 0.03 0 / 0, preferably greater than 0,
05%. It is preferable to give the magnesium a content of between 0.06 and 0.15%.
Although the magnesium content can be as high as 0.5%, it should preferably not exceed 0.2%.
The fact that a base iron can be used which, without the addition of magnesium, would have a gray structure, is of great practicality in foundries in which cast iron castings and moldings are also made. gray cast iron, since it becomes. no need to produce a casting which would have a white structure, with a view to subsequent malleability. On the contrary, we can. use a normal base composition for both malleable iron castings and. gray castings and can be given a white structure for malleable castings by addition of magnesium.
For the. implementation of the process according to the invention, a white cast iron can be prepared containing, in addition to magnesium, 1.8 to 4-% carbon, 0.4 to -1% silicon, 0 ,
05 to 2% manganese and. maximum proportions of 3.5% nickel and 2% copper, the latter two metals possibly being absent, the remainder,
being constituted by iron and impurities, the. amount of magnesium added being. such that the sulfur content of the iron is reduced to less than 0.021 / o. Cast irons with low manganese contents, ie contents less than 0.30 / 0, are characterized by a higher rate of malleability than similar cast irons which contain more manganese.
White cast irons which can be quickly mouldable and which have an excellent combination of properties are those containing 0.05-0.20% manganese, 2.5-3.5% carbon, 0.4 to 2,
6% silicon and 0.04 to 0.15% magnesium and may not contain copper or nickel.
Phosphorus adversely affects the ductility of malleable iron and its content is preferably kept below 0.12%, but it does not interfere with the formation of spheroidal graphite during processing. thermal. Some other elements that are not ordinarily found in cast iron are, and should be, harmful. as possible be eliminated. These harmful elements are tin, lead, arsenic, bismuth, antimony and tellurium.
Tin is particularly harmful and generally should not be present in amounts greater than 0.05%. Elements which stabilize or tend to give white iron, such as chromium, should be avoided or should only be present in small quantities, for example la.
Chromium content should preferably not exceed 0.15%.
The content of combined carbon in malleable iron which has a predominantly ferritic matrix is usually low, i.e., below 0.2%, although the content of combined carbon in castings having a predominantly matrix. pearlitic is higher, for example from 0.5 to 1 0/0.
Preferably almost everything. the uncombined carbon or graphite is in spheroidal form, although good results are obtained even if only one part, namely 25%, of the graphite is spheroidal.
The heat treatment applied to the white iron castings is carried out at the usual malleability temperatures, but, in general, it is carried out in much less time than when producing malleable iron. ordinary black heart.
To produce a malleable iron having a ferritic matrix, the treatment may include heating to a temperature between 8.10 and 980 C, preferably between 900 and 925 C, during. 5 to 15 hours, followed by heating at a temperature below the gamma-alpha transformation temperature, but preferably not more than 45 ° C lower than this transformation temperature for a shorter period, namely 2 to 5 hours. The temperatures normally used in the second heating are between 690 and 710 C.
When it is desired to obtain malleable iron having an essentially pearlitic matrix, the second treatment is omitted. temperature of the order of 700 C.
For example, cast iron containing 3% carbon, 0.4% silicon, 0.014% phosphorus, 0.07% manganese and 0.04 (1/0 sulfur.
Part of the molten iron is treated with magnesium, for example a nickel-magnesium alloy containing 87% nickel and 13% magnesium, and is cast without inoculation, in the form of a hard white cast iron bar. - holding about 0,
06% retained magnesium, which is substantially free of uncombined carbon. Another part of the molten iron is cast, without the addition of magnesium, in the form of a hard white iron bar. These two bars are heated for about 10 hours at about 925 C and they are cooled in air. The uncombined carbon contained in the heat-treated magnesium-containing bar occurs as dense spheroids dispersed in a pearlitic matrix, with almost all of the solid carbides having been broken down by the heat treatment.
The Brinell hardness of this bar is 279. On the other hand, in the heat-treated magnesium-free bar, only a small portion of the solid carbides initially present in the magnesium-free bar was broken down into. uncombined carbon, in an irregular, fluffy form, agglomerated in lamellae distributed in a matrix of perlite and carbide. The Brinell hardness of this bar is 393.
As another example, a cast iron containing 2.4% carbon, 0.65% silicon, 0.24% manganese and 0, is melted.
03% sulfur. Part of the molten metal is cast without further treatment; the cast is white and has a Brinell hardness of 387. Sufficient magnesium is added to another part of the cast to obtain a magnesium content remaining in the cast iron (the 0.0511 / o in a cast that is obtained from it , and this casting has a Brinell hardness of 428.
The two castings are then subjected to a heat treatment comprising heating to about 950 ° C. for 5 hours, cooling in the oven to about 690 ° C. and heating to this temperature for 5 hours, followed by cooling in air to. atmospheric temperature. After this heat treatment, the magnesium-free casting has a Brinell hardness of about 207 and the graphite contained therein is: As a flake aggregate.
The magnesium-containing casting, after the heat treatment, has a Brinell hardness of 157, but a breaking load of 44 kg / mm2 and forms a ferritic malleable iron with graphite in spheroidal form.
Since the quantities of magnesium in question are very small, different analytical methods can easily give different results, and it is therefore desirable to point out that the figures given in the description are obtained. by the following process: The sample is dissolved in a mixture of perchloric acid and nitric acid. Evaporate until fumes are produced, dilute and filter. Most of the iron is separated from the filtrate by electrolysis in a mercury cathode cell, leaving enough iron to combine with the phosphorus present. Make the solution ammoniacal, add ammonium persulfate, boil and filter.
The magnesium is precipitated in the filtrate with diamond phosphate, in the usual manner, filtered, calcined and weighed the Mg as Mg2P207.