CH307051A - Procédé de préparation de fonte à graphite sphéroïdal. - Google Patents

Description

Procede <B>de</B> preparation <B>de</B> fonte <B>ä</B> graphite spheroidal. Il est eonnu que les proprietes de la fonte Brise, alli4e ou non alliee, sont tres ameliorees si 1e graphite est entierement ou partiellement present non en ecailles ou lamelles, mais ä 1'etat spheroidal, e'est-ä-dire sous forme de partieules arrondies compactes, unies, et de eouleur Brise, ou de eonglomerats ou groupes de telles particules, ainsi que eela a ete decrit en detail au brevet suisse N 278655. Dans 1'invention d4crite audit brevet, cette forme du graphite est produite par addition, au fer en fusion, de magnesium, ordinairement sous forme d'alliage, en quantite et dune maniere telles qu'au moins une Partie du graphite (de preference 251)/o au minimum) sofft rendue spheroidale par 1e magnesium retenu dann 1e fer apres coulee. Il est aussi connu que 1e cerium peut etre utilise ä la place du magne- sium Jans les fers hypereutectiques, et Fon a propoA d'employer du chium (sous forme de metal mixte - Mischmetall -) et du magne- sium en additions simultanees au fer en fusion, en vue de developper 1a. forme spheroidale du graphite.

Comme cela est expose au brevet suisse N 278655, 1'effet avantageux du magnesium peut etre diminue ou meme supprime par de Ws pet.ites quantites de eertains e14ments pouvant etre presents dann 1e fer. Nous avons deeouvert maintenant que 1'effet de tels ele- ments prejudiciables sur 1'aetion du magne- sium dann 1e developpement de la forme sphe- roidal!e du graphite dans les fers euteetiques ou hypoeutectiques peut eire neutralise par une tres petite quantite Jan metal des terres rares, en particulier 1e cerium ou 1e lanthane.

Selon 1'inventlon, an ajoute donc au fer en Fusion non seulement du magnesium en quan- tite et de maniere propres ä rendr e sphe- roidale une Proportion predominante du gra- phite dann 1e fer apres coulee, en 1'absence de tout element prejudiciable, mais encore un metal de terre rare, en une quantite de 0,005 ä 0,02 II/o en poids du fer en Fusion. Cette quantite est, comme an 1e comprend, beaucoup plus Faible que Gelle du magnesium ajoute, laquel!le est d'ordinaire d'environ 0,10 (IM ä 0,5 % en poids du fer en fusion.

Ainsi qu'il est bien connu, 1e lanthane, 1e cerium et d'autres metaux de terres rares sont vendus communement sous forme de consti- tuants de metal mixte (Mischmetall), et Ast ce dernier, ou d'autres matieres conte- nant des quantites appr & iables de Ges ele- ments que 1'on utilise de pr4ference.

Les fers eutectiques ou hypoeutectiques traites conformement ä 'la presente invention sont, bien entendu, cei@x dans lesquels 1e pour- centage de la teneur en carbone n'est pas superieur ä 4,3-1/3 (Si -I- P), Si et P etant les teneurs en /o du silieium et du Phosphore dann 1e fer.

La quantite du m & a]. de terre rare ne doit pas etre trog Brande, Gar non seulement il n'y a pas aceroissement de la Proportion de graphite rendu spheroidal lorsque !1a quantite de metal de terre rare excede une grandeur optimum, mais encore il se produit un change- ment nuisible dans la nature de la structure sphéroïdale. Cette grandeur varie naturellement d'une fonte à l'autre. Ainsi, un fer contenant 3,31/o de carbone, 1,8 % de sili- cium, 0,0211/o de phosphore et environ 0,15%, de titane a été traité conformément à l'inven tion. Le titane est un élément qui, quoique inoffensif dans les petites proportions dans lesquelles il est usuellement présent, est préju diciable en quantités plus grandes, et on l'a ajouté intentionnellement à ce fer à des fins d'expérience. Environ 90 % du graphite dans le fer coulé a été en conséquence rendu sphé- rôida:l par des additions de métal mixte, con formément à l'invention, mais avec des addi tions plus fortes de métal mixte, une partie des particules de graphite ont. présenté un contour effrangé.

Si l'on ajoute le métal de terre rare avant ou en même temps que le magnésiiun, il est nécessaire d'en employer davantage que s'il est ajouté après le magnésium. Si on l'ajoute en même temps que le magnésium, on peut l'employer en alliage avec le magnésium. Lors qu'on l'ajoute après le magnésium, on peut l'ajouter avec un agent d'inoculation, si comme c'est l'habitude, on en emploie un; le métal de terre rare peut alors être allié ou mélangé à l'agent d'inoculation.

Comme autres illustrations de l'effet du métal mixte pour contrebalancer l'action pré judiciable du titane, il est encore décrit. les exemples suivants: On a. préparé un bain de fer fondu contenant 3,2 % de carbone, 1,61/o de silicium, 0,411/o de manganèse, 0,02%. de soufre, 0,02% de phosphore et 0,161)/o de titane. De cette fonte, on a fait. deux parts et ajouté à chacune d'elles 1% d'un alliage nickel-magnésium à 151/o de magnésium. On a alors ajouté à l'une de ces parts 0,005(1/o de métal mixte, et on a inoculé finalement toutes les deux avec 0,51/o de silicium, ajouté sous forme de ferro-silicium à 80 % de silicium; puis on les a coulées dans des mordes de sable vert pour former des barres de 5 cm de dia mètre. La barre de fonte faite du métal au quel on n'avait pas ajouté le métal mixte contenait 0,07 % de magnésium et. 0,151/o de titane, et seulement 511o du graphite se trou vait à l'état. sphéroïdal, le reste étant. en lamelles ou coquilles. La, barre de fonte for mée de métal additionné de métal mixte con tenait 0,067% de magnésium et 0,14% de titane, et 901/a du graphite se trouvait à l'état sphéroïdal, le reste étant en lamelles ou co quilles arrondies.

Lorsque du métal mixte a été ajouté à, un fer de composition sensiblement la même avant d'y ajouter 1% de l'alliage Mg-Ni à, 15 0/0, l'adjonction de 0,0051/o de métal mixte n'a produit qu'environ 30% de graphite sphé- roïdal, et ce n'est. qu'après avoir ajouté 0,010/0 de métal mixte que le 901/o du graphite s'est trouvé à l'état sphéroïdal dans le fer après coulée.

En modifiant. encore la façon d'opérer, en ajoutant 0,5% de métal mixte à l'alliage Mg-Ni à 15% et en employant l'alliage résul- tant dans la proportion de 1% en poids du métal traité comme moyen d'introduction de magnésium et. de métal mixte dans le bain fondu, environ 90 % du graphite s'est. de non- veau trouvé à l'état sphéroïdal dans le fer après coulée.

Les fers dont. il est parlé dans cet exemple étaient tous de faible teneur en soufre (0,02 0/0). Si l'on ajoute le métal de terre rare avant ou en même temps que le magnésium à. des fers d'une teneur en soufre plus élevée, -une partie de ce métal se perd comme sulfure, de sorte qu'il faut. en employer une plus grande quantité.

A titre d'exemple de l'action du métal mixte pour contrebalancer l'action d'un autre élément. préjudiciable, on a traité un bain fondu contenant. du plomb. Le fer fondu con tenait 3,36% de carbone, 2,05% de silicium, 0,0271/o de soufre, 0,0211a de phosphore, moins de 0,1% de manganèse, moins de 0,0`Z % de titane et 0,02 % de plomb. Ce fer a été traité avec 1% de l'alliage Mg-Ni à 151/o, et inoculé avec 0,51/o de silicium sous forme de ferro- silicium. Sans addition de métal mixte, il n'y avait pas de graphite sphéroïdal dans le fer après coulée, ceci à, caisse de l'action très contraire des 0,02 % de plomb. Lorsqu'on a ajouté 0,02% de métal mixte après le magné- sium, mais avant ,l'inoculation, il s'est trouvé 95 % de graphite à l'état sphéroïdal dans le fer après coulée.

L'indium, le thallium, l'étain, le bismuth et l'antimoine sont aussi des éléments exer çant une action préjudiciable sur la. produc tion du graphite sphéroïdal et l'emploi, con formément à l'invention, d'un métal de terre rare, neutralise aussi l'action de ces éléments.

Une manière particulièrement avantageuse d'exécuter le procédé selon l'invention con siste à plonger sous la surface du fer fondu, tandis que celui-ci est à une température de 1370 à 1410 C, un récipient perforé conte nant le magnésium et le métal de terre rare. Lorsqu'on fait d'adjonction de cette manière, la violence de la réaction qui a lieu normale ment quand on ajoute le magnésium au fer fondu est considérablement réduite. Lorsque l'invention est exécutée en effectuant les addi tions par plongée dans le fer en fusion, il n'est pas nécessaire d'a-jouter le magnésium sous forme d'alliages pauvres en magnésium, à condition d'observer certaines précautions. Si le magnésium est ajouté comme tel ou sous forme d'un alliage riche en magnésium, par exemple un alliage contenant au moins 80 0/0 de ce métal, il est préférable d'assurer d'abord que la température du fer en fusion au mo ment du traitement soit entre 1370 et 1410 C et, secondement, que le magnésium soit sous forme de copeaux d'une épaisseur n'excédant pas 1,5 mm, de sorte que sa surface soit grande par rapport à son volume. On emploiera avan tageusement des tournures. La température a de l'importance du fait que, au-dessous de 1370 C, le plongeur tend à s'envelopper de métal pâteux, et que, si la température est supérieure à 1410 C, la réaction est. violente.

Les copeaux sont mis dans un récipient perforé, conique vers le bas, et de préférence à fond ouvert. Si la. partie conique est. inca pable de retenir les copeaux, on peut disposer un revêtement de papier pour fermer le fond ouvert du récipient et aussi empêcher des chutes par les trous de celui-ci. Il est bon de protéger le récipient contre l'attaque par le fer fondu, en le recouvrant. avec du graphite du type employé pour enduire les moules de sable sec. Cet enduit doit être appliqué avant la première utilisation du récipient et après chaque emploi.

Le magnésium forme avec les métaux des terres rares des alliages qui peuvent être uti lisés pour réaliser l'invention. Les alliages de métal mixte et de magnésium sont fragiles en comparaison du magnésium même, ce qui est dû à la présence d'un constituant fragile à la limite des grains; ils peuvent être brisés beaucoup plus facilement pour les amener en morceaux de la grandeur qui convient.

Pour illustrer cette méthode d'introduction par plongée, il est donné l'exemple suivant: On a formé un bain de fer contenant 3,5 % de carbone, 1,8 % de silicium, 0,3 % de man- ganèse, 0,01% de soufre et 0,02 % de phos- phore. On a pris trois échantillons de ce bain auxquels on a. ajouté respectivement 0,12 0/0 de titane, 0,018 % de plomb et 0,16 % de titane. Les deux premiers ont été traités à, 1405 C en plongeant dans la masse du bain 0,26 % de magnésium en copeaux de 1,5 mm X6 mm X12 mm, en mélange avec 0,01% de métal mixte. Le troisième échantillon a été traité à 1420 en plongeant dans la masse du bain 0,28% d'un alliage de magnésium contenant 95%. de magnésium et 5% de métal mixte. L'alliage était sous forme de minces copeaux irréguliers d'environ 3 à 6 mm<B>-</B>de diamètre. Tous les échantillons ont été alors inoculés avec 0,51)/o de silicium, qui a été ajouté comme ferro- silicium à 80 % de Si, et on les a coulés. en barres de 5 cm de diamètre, dans des moules de sable vert; on a ainsi obtenu les barres I, II et III respectivement. D'autres échantillons de fers souillés comme ci-dessus ont été traités avec du magnésium, mais sans métal mixte, avant inoculation, et coulés en barres Ia, Ha et Ma. Le traitement de ces divers échan tillons n'a pas modifié leurs teneurs en car bone, phosphore et soufre. Les teneurs en silicium, manganèse, titane, plomb et magné sium sont indiquées ci-après;

Barre Silicium Manganèse Titane Plomb Magnésium fo fo fo <U>fo</U> <I> fo</I> I et Ia 2,1 0,40 0,12 - 0,095 II et. IIa 2,0 0,38 - 0,018 0,093 III et IIIa 2,05 0,39 0,16 - 0,063 Les barres I, II et III contenaient. des traces de métaux de terres rares, et presque tout. leur graphite était sphéroïdal. Dans les barres Ia., Ha et IIIa, il n'y avait que 15 % et 5 % respectivement de leur graphite sous la forme sphéroïdale.

Dans l'exemple qui vient d'être exposé, la teneur en soufre était faible. On peut aussi obtenir de bons résultats avec des fers d'une teneur en soufre plus élevée. Ainsi, un fer contenant 0,06 /o de soufre, et souillé avec du titane, a été tiré à 1420 C et on en a traité deux échantillons qu'on a coulés en barres IV et V. Le premier échantillon (barre IV) avait été traité avec 1 % de l'alliage Mg-Ni à 15 %, puis inoculé avec 0,5 % de silicium, ajouté sous forme de ferro-silieium, tandis que le second échantillon (barre V) avait été traité en plongeant dans le fer fondu 0,36 % de copeaux de magnésium de 1,5 mm d'épaisseur, mélangés avec 0,01 /o de métal mixte, puis inoculé de la. même faon. Ces barres contenaient. du carbone, du silicium, du titane et du manganèse dans les propor tions suivantes:

Barre %o C /o 5i /<U>o Ti fo Mg</U> IV 3,3 2,15 0,11 0,079 V 3,3 2,05 0,13 0,115 Dans la barre IV, il n'y avait environ que 311/o du graphite sous forme sphéroïdale, tan- dis que dans la barre V plus de 90 % du graphite était sphéroïdal.

Il y a lieu de remarquer que le traitement propre à l'invention peut avoir de l'influence sur la. structure de la matrice de la fonte. Ainsi, l'action du plomb, du bismuth et du thallium dans la stabilisation de la perlite est contrebalancée par l'addition de métal de terre rare.

Claims (6)

1. REVENDICATION: Procédé pour la préparation de fonte grise eutectique ou hypoeutectique dont le graphite est en partie prédominante sous forme sphé roïdale, dans lequel la formation de graphite sphéroïdal est provoquée par l'incorporation au fer fondu de magnésium dans des eondi- tions telles que du magnésium soit retenu dans le fer après coulée, caractérisé en ce que, pour assurer qu'une partie prédominante du graphite soit sous forme sphéroïdale malgré la présence possible dans le fer de faibles quantité d'éléments préjudiciables, on ajoute au fer en fusion non seulement. du magnésium en une quantité et d'une manière aptes à. ren dre sphéroïdale une proportion prédominante du graphite dans le fer après coulée, en l'absence d'élément préjudiciable, mais encore un métal de terre rare en une quantité de 0,005 à 0,02 % en poids du fer en fusion. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, dans lequel .le métal de terre rare est ajouté sous forme de-métal mixte.
2. 2. Procédé selon la revendication, dans le quel le magnésium et le métal de terre rare sont ajoutés en les plongeant ensemble au dessous de la surface du fer en fusion.
3. 3. Procédé selon la sous-revendication 2, dans lequel on plonge sous la, surface du fer en fusion un récipient perforé contenant suffi samment de magnésium pour rendre sphé- roïdal, en l'absence d'élément préjudiciable, une proportion prédominante du graphite, et le métal de terre rare en une quantité de 0,005 à 0,0211/o en poids du fer en fusion.
4. 4. Procédé selon la sous-revendication 3, dans lequel on plonge au-dessous de la. sur face du fer fondu, tandis qu'il est à une tem pérature de 1370 à 1410 C, mi récipient. per- foré contenant du magnésium élémentaire ou un alliage à au moins 80 % de magnésium, sous forme de copeaux n'ayant pas plus de 1.,5 mm d'épaisseur, en quantité suffisante pour rendre sphéroïdal, en l'absence d'élément préjudiciable, une proportion prédominante du graphite, et le métal de terre rare en la quantité de 0,005 à 0,02 % en poids du fer en fusion.
5. 5. Procédé selon la revendication, dans le quel le magnésium et le métal de terre rare sont alliés ensemble.
6. 6. Procédé selon la revendication, dans le quel le métal de terre rare est ajouté après le magnésium.