Procédé de fabrication de fonte nodulaire La présente invention concerne la fabrica tion de fonte contenant du graphite nodulaire.
On connaît des procédés et traitements per mettant d'obtenir une fonte nodulaire. Ce ma tériau contient du graphite qui est en partie ou en totalité sous la forme nodulaire. En prin cipe, ces procédés et traitements ont pour ré sultat que la fonte retient de petites quantités d'agents de nodulation, par exemple de ma gnésium et de cérium. On ajoute de façon clas sique ces agents à la fonte, habituellement sous la forme d'alliages, puis on inocule et moule le fer ainsi obtenu.
L'inoculation consiste à ajou ter du silicium à la fonte, ce qu'on a réalisé antérieurement, soit en procédant à des addi tions en vrac de silicium ou d'alliages de sili cium à la fonte contenue dans la poche de coulée, soit en versant la fonte dans des po ches de coulée contenant l'inoculant, soit par d'autres moyens appropriés. Il a été démontré qu'on peut augmenter le rendement de l'agent de nodulation en ayant recours à des injections gazeuses de l'agent plutôt qu'aux additions en vrac utilisées antérieurement. Selon cette tech nique, l'agent de nodulation sous forme conve nable est broyé puis injecté au-dessous de la surface du fer fondu dans un courant d'un gaz inerte tel que l'argon.
Après ce traitement, on inocule la fonte à la manière classique et la moule à l'état de fer nodulaire.
Bien qu'on ait utilisé avec succès ce traite ment pour obtenir une fonte nodulaire, le ren dement de l'inoculant, l'homogénéité du pro duit et les pertes de chaleur au cours du trai tement laissent quelque peu à désirer.
La présente invention se propose, en con séquence, de fournir un procédé perfectionné de fabrication de fonte contenant du graphite nodulaire.
Ce procédé qui comporte l'entraînement d'un agent de nodulation pulvérulent dans un courant de gaz inerte et l'injection du gaz chargé de poudre dans un bain de fonte fon due, est caractérisé en ce que le gaz entraîne un inoculant en même temps que l'agent de no- dulation.. Si on le désire, le gaz peut entraîner en outre un diluant réfractaire.
L'invention comprend également un mélange pulvérulent convenant à la mise en oeuvre du procédé, ainsi qu'une fonte dont la teneur tant en soufre qu'en agent de nodulation est inférieure à 0,01 01o, obtenue par le procédé selon l'inven tion.
Parmi les agents de nodulation qui peu vent avantageusement être appliqués dans le présent procédé, on peut mentionner le ma- gnésium, le magnésium-ferrosilicium, le cé- rium-magnésium-ferrosilicium, et les oxydes de terres rares. Il convient de remarquer que ces agents de nodulation eux-mêmes peuvent con tenir du silicium, qui est un inoculant.
Toute fois, du fait du taux élevé de rétention des ma tières de nodulation auquel on parvient en ap pliquant la technique par injection, il est nécessaire ordinairement d'avoir recours à une inoculation supplémentaire de la fonte afin de fournir une quantité suffisante de silicium.
L'inoculant appliqué dans le procédé peut consister en toute matière contenant du sili cium, ordinairement appliquée à cet effet en métallurgie. Parmi ces matières qui se sont avérées comme étant les plus efficaces, on peut mentionner le silicium et les alliages de silicium tels que le silicium calcique et le ferrosilicium.
L'injection de matières à point de fusion relativement bas dans la fonte fondue consti tue une opération difficile, attendu qu'une telle matière tend à se ramollir et à obstruer l'appa reillage. Afin d'empêcher cette obstruction, on peut avoir recours à un diluant à point de fu sion élevé. Une matière convenant à cet effet est le carbure de calcium qui n'a pas d'effet nuisible sur la fonte. On peut également utili ser comme diluants d'autres matières réfractai res, telles que la magnésie, qui n'exerce pas d'effet nuisible sur la fonte.
L'agent de nodulation, l'inoculant et le di luant réfractaire, dans le cas où on l'utilise, sont broyés de préférence à une dimension in férieure à 0,84 mm environ. Les matières broyées sont entraînées dans un courant de gaz inerte, de préférence d'argon ou autre gaz monoatomique, et injectées dans la fonte fon due par un tube en graphite ou fer.
On a cons taté que les taux de débit des particules sus ceptibles d'être adoptés dépendent dans une certaine mesure de la masse de métal dans la quelle on injecte le courant de gaz chargé de particules. Dans des poches de coulée conte nant 136 kg environ de métal, on a maintenu de façon satisfaisante un taux de débit de 0,9 kg environ de particules par minute. Dans des poches plus grandes, d'une contenance al lant jusqu'à plusieurs milliers de kilos, on peut adopter des taux de débit de 4,5 kg.
Outre la dimension de la poche, la composition de la poudre constitue un facteur important dans la détermination des taux de débit. De façon gé nérale, dans le cas où l'agent de nodulation consiste en magnésium élémentaire ou allié, on peut adopter un taux de débit de 0,45 kg de magnésium par minute. La quantité totale de poudre est évidemment plus grande lorsque le magnésium est sous forme d'alliage que lors qu'il est sous la forme élémentaire.
Dans un essai portant sur 136 kg de fonte, on a obtenu du fer nodulaire en appliquant le présent procédé. On a entraîné un mélange pulvérulent de 45 % de carbure de calcium,
45 % de silicium calcique et 10 % d'oxydes de terres rares dans un courant d'argon qu'on a introduit dans le fer fondu par un tube en graphite.
On a maintenu un taux de débit de 0,9 kg environ de poudre par minute jusqu'à ce qu'on ait ajouté 1,33 '% de la poudre. On a coulé le fer traité sans aucun autre traitement et constaté qu'il contenait du graphite nodu laire.
Dans un autre essai, on a ajouté un mé lange par parties égales de carbure de calcium, de ferrosilicium au magnésium et de ferro- silicium à la fonte fondue, en appliquant des techniques analogues. On a obtenu une fonte nodulaire pour une addition de 0,36 % du mé- lange.
Dans un autre cas, on a ajouté à la fonte un mélange de 50 % de carbure de calcium,
de 30 % de silicium calcique et de 20 1% de cérium-magnésium-ferrosilicium. Une addition de 0,
93 % de ce mélange a suffi pour obtenir de la fonte nodulaire à la coulée.
Le rendement du présent procédé est mis en évidence par les taux de rétention élevés des constituants de la poudre ajoutée. Par exem ple, la rétention du silicium est comprise entre 75 et 100 1% dans la mise en aeuvre du pro- cédé.
Dans certains cas, il peut être avantageux d'obtenir une fonte nodulaire contenant des quantités d'agents de nodu,lation inférieures à celles prescrites par l'ancienne technique pour les fontes présentant des propriétés physiques analogues.
On y arrive en obtenant une fonte fondue dont la teneur en soufre est inférieure à 0,01 % et en traitant la fonte par un agent de modu lation. Les fontes ainsi obtenues, lorsqu'on ap plique le magnésium à titre d'agent de modu lation, présentent une structure entièrement nodulaire, avec une teneur en magnésium re- tenu inférieure à 0,01 %.
La réduction à moins de 0,01 '% de la te- neur en soufre des fontes classiques présente certaines difficultés. On y remédie en désoxy dant la fonte avant de la désulfurer, ce qu'on peut obtenir en ajoutant un désoxydant, par exemple un alliage de calcium-silicium ou de l'aluminium à la fonte fondue au moment où on l'évacue du cubilot ou de l'avant-creuset.
On a constaté qu'une quantité de désoxydant égale à 0,1 % en poids du métal traité donne des résultats tout à fait satisfaisants.
On fait suivre le traitement de désoxyda tion de la fonte par un traitement de désulfu- ration, qu'on réalise de préférence en injectant dans la fonte fondue une certaine quantité de carbure de calcium en poudre entramé dans un courant de gaz inerte, par exemple d'argon.
Grâce à la désoxydation et désulfuration com binées de la fonte, la teneur en soufre est ré- duite à 0,01 % ou moins, de préférence entre 0,005 0/<B>0</B><I>et 0,01</I> 0/0.
On ajoute l'agent de modulation et l'inocu lant après avoir réglé la teneur en soufre de la fonte. Pour obtenir les meilleurs résultats, on préfère adopter une proportion d'agent de modulation retenu dans la fonte comprise entre 0,005 % et 0,01%.
On a analysé et soumis aux essais un cer tain nombre d'échantillons de la fonte obtenue par le procédé selon l'invention, avec les ré sultats qui sont consignés dans le tableau ci- dessous. Dans chaque cas, on avait désoxydé la fonte fondue avec du silicium calcique, puis on l'avait désulfurée à l'aide de carbure de cal cium selon la manière préférée.
Le tableau donne la teneur en soufre avant le traitement de modulation, lequel a consisté à injecter sous forme pulvérulente un alliage de cérium- magnésium-ferrosilicium. Le tableau donne les quantités de cérium et de magnésium ajoutées au fer et celles de chacun de ces corps qui ont été retenues. Le tableau donne également la résistance à la traction et une brève descrip tion de la microstructure du fer.
EMI0003.0067
Coulée <SEP> Teneur <SEP> Addition <SEP> ( /o) <SEP> Résiduel <SEP> ( /o)
<tb> N <SEP> en <SEP> S <SEP> /o <SEP> Mg <SEP> Ce <SEP> Mg <SEP> Ce
<tb> 1 <SEP> 0,006 <SEP> 0,020 <SEP> 0,001 <SEP> 0,007 <SEP> 0,0006
<tb> 2 <SEP> 0,007 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,005 <SEP> 0,0007
<tb> 3 <SEP> 0,006 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,006 <SEP> 0,0008
<tb> 4 <SEP> 0,006 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,005 <SEP> 0,0007
<tb> 5 <SEP> _ <SEP> 0,006 <SEP> 0,040 <SEP> 0,002 <SEP> 0,008 <SEP> 0,0009
<tb> Résistance
<tb> Coulée <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Microstructure
<tb> N <SEP> (kg/cm\)
<tb> 1 <SEP> 4077 <SEP> 40% <SEP> <B>601)
/o</B>
<tb> 2 <SEP> 5083 <SEP> <B>800/0</B> <SEP> 20'%
<tb> 3 <SEP> 4837 <SEP> <B>800/0</B> <SEP> 20%
<tb> 4 <SEP> 4619 <SEP> 75% <SEP> 25%
<tb> 5 <SEP> 5413 <SEP> <B>1000/0</B>
<tb> x <SEP> Nodules.
<tb> a- <SEP> Paillettes <SEP> agglomérées. Il résulte de ce tableau qu'on peut obtenir de la fonte présentant une structure graphiti- que entièrement nodulaire avec une quantité retenue d'agent de nodulation inférieure à 0,01 %. Ce fait,
joint aux économies résultant de l'application des techniques d'injection, con duit à la production d'une fonte à l'aide d'u.ne mise en oeuvre de matières sensiblement moin dre que celles nécessitées par l'ancienne tech nique.
Le mélange pulvérulent qui est entraîné dans un gaz inerte et injecté dans le bain de fonte fondue contient d'ordinaire, en plus de l'agent de nodulation et de l'inoculant, une ma tière qui ne fond pas à la température du bain. Ce diluant réfractaire sert à empêcher l'obs truction de l'appareillage par les autres cons tituants du mélange qui fondent ou se ramol lissent à cette température. Parmi les diluants satisfaisants, on peut mentionner le carbure de calcium, la magnésie et l'oxyde de calcium.
Bien que la quantité de diluant nécessaire dans le mélange dépende, par exemple, de la tem pérature du fer, de la vitesse des particules et de la profondeur de l'injection, un mélange contenant entre 40 et 70 % en poids de diluant donne en général satisfaction.
Le magnésium et le cérium constituent des agents de nodulation recommandés. On peut les appliquer soit seuls, soit en mélange mutuel, et ils sont, de préférence, présents sous forme d'alliage. Le magnésium-ferrosilicium et le cé- rium-magnésium ferrosilicium sont des exem ples de matières contenant des agents de modu lation qui ont donné d'excellents résultats dans le mélange.
Pour inoculer la fonte, le silicium doit être présent, par exemple sous forme d'alliage tel que le ferrosilicium ou le silicium calcique. Une partie, au moins, du silicium nécessaire peut être alliée avec l'agent de modulation comme, par exemple, dans le magnésium-ferrosilicium. La quantité d'inoculant nécessaire dans le mé lange est évidemment moindre lorsque le fer en cours de traitement a une ten--ur élevée en sili cium.
Pour obtenir les meilleurs résultats, la quantité d'inoculant dans le mélange doit être de 7 à 20 fois supérieure en poids à celle de l'agent de nodulation.
Un mélange pour exécuter l'invention qui a donné d'excellents résultats a la composition suivante : 60 % de carbure de silicium, 15 % de cérium-magnésium-ferrosilicium et 25 % de silicium calcique.
Dans ce mélange, le cérium- magnésium-ferrosilicium avait une teneur en silicium de 50 % et une teneur combinée en cérium et magnésium de 10 %. Le calcium- ferrosilicium a <RTI
ID="0004.0079"> une teneur de 60 % en silicium.
On broie les constituants et le mélange de façon à obtenir un mélange sensiblement ho mogène. Les particules broyées doivent avoir une dimension telle qu'elles puissent facile ment être entraînées dans le courant gazeux. Des particules d'une dimension inférieure à 3,18 mm ont donné d'excellents résultats.