EP0616040A1 - Procédé de traitement d'une fonte à graphite lamellaire destinée à la fabrication des arbres à cames - Google Patents

Procédé de traitement d'une fonte à graphite lamellaire destinée à la fabrication des arbres à cames Download PDF

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EP0616040A1
EP0616040A1 EP94400552A EP94400552A EP0616040A1 EP 0616040 A1 EP0616040 A1 EP 0616040A1 EP 94400552 A EP94400552 A EP 94400552A EP 94400552 A EP94400552 A EP 94400552A EP 0616040 A1 EP0616040 A1 EP 0616040A1
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Renault SAS
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/02—Dephosphorising or desulfurising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/08—Manufacture of cast-iron

Definitions

  • the invention relates to a process for treating a lamellar graphite cast iron intended for the manufacture of camshafts according to which the said cast iron is brought to the melting temperature before extracting the oxides from the cast iron after settling.
  • the invention relates more particularly to the process for treating such a lamellar graphite cast iron in order to prepare the camshafts for a surface reflow treatment.
  • the publication FR-A-2 292 043 describes a process for adding 15 to 50% by weight of magnesium particles to the molten metal preceding the casting operation.
  • the addition of such an amount of magnesium in a cast iron with lamellar graphite makes it possible to deoxidize the cast iron but transforms the lamellar graphite into nodular or spheroidal graphite.
  • the subject of the invention is the production of camshafts of cast iron with lamellar graphite, the machining of which is easier than the machining carried out on camshafts of cast iron with nodular or spheroidal graphite.
  • the subject of the invention is also the production of camshafts of cast iron with lamellar graphite capable of undergoing a surface reflow treatment giving said camshafts a much greater hardness, without causing the creation of defects in particular in the structure of the parts. finished.
  • the object of the invention is therefore to deoxidize the lamellar graphite cast iron before it is cast, without modifying the lamellar structure of the graphite, with the aim of eliminating the defects generated during the surface reflow treatment.
  • the deoxidizing element when the cast iron has a high sulfur content, the deoxidizing element, introduced in small quantities, reacts only with the sulfur.
  • the object of the invention is therefore to provide an addition of a deoxidizing element in a very low sulfur cast iron.
  • the process is characterized by the fact that 0.001% to 0.02% by weight of a deoxidizing element is introduced before casting into the iron bath in order to obtain a low-lamellar graphite cast iron. oxygen and nitrogen content.
  • the process consists of a first step of melting the lamellar graphite cast iron which is brought to a melting temperature of around 1500 ° C.
  • the metal bath obtained after melting undergoes desulfurization.
  • This desulphurization can be carried out, for example, by adding a desulphurizing agent introduced inside a fusible conduit with bubbling of an inert gas, the temperature being maintained around 1420 ° C, so as to obtain at the end of this treatment a sulfur content of less than 0.035% by weight.
  • the process continues with decantation lasting twenty minutes, which allows the oxides present in the cast iron to be extracted in the form of precipitates, such as MgO, MgS, etc.
  • This deoxidation does not reach dissolved gases, such as oxygen or nitrogen dioxide.
  • the decantation carried out is followed by a temperature rise which allows the addition of a deoxidizing element consisting of magnesium in the form of an alloy containing from 5 to 30% by weight of magnesium.
  • the deoxidizing element consists of cerium.
  • the deoxidizing element consists of barium.
  • the deoxidizing element consists of calcium.
  • the addition of magnesium is carried out for example by using a fusible conduit.
  • the magnesium thus introduced forms complexes with the oxides remaining in the cast iron, which are inert during a surface reflow treatment.
  • Camshafts whose area occupied by faults is less than 1% of the area of the camshaft are considered to be "acceptable” defects. without adding Mg addition of Mg + desulfurization addition of Mg (S ⁇ 0.035%) % of parts without defects 10 69 75 % of "acceptable" parts 40 28 25 % of discarded parts 50 3 0

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Abstract

Procédé de traitement d'une fonte à graphite lamellaire destinée à la fabrication des arbres à cames selon lequel on porte à la température de fusion ladite fonte avant d'extraire après décantation les oxydes de la fonte, caractérisé par le fait que l'on introduit avant la coulée dans le bain de fonte 0.001% à 0.02% en poids d'un élément désoxydant dans le but d'obtenir une fonte à graphite lamellaire à basse teneur d'oxygène et d'azote.

Description

  • L'invention concerne un procédé de traitement d'une fonte à graphite lamellaire destinée à la fabrication des arbres à cames selon lequel on porte à la température de fusion ladite fonte avant d'extraire après décantation les oxydes de la fonte.
  • L'invention concerne plus particulièrement le procédé de traitement d'une telle fonte à graphite lamellaire dans le but de préparer les arbres à cames à un traitement de refusion superficielle.
  • La publication FR-A-2 292 043 décrit un procédé d'addition de 15 à 50% en poids de particules de magnésium au métal fondu précédent l'opération de coulée.
    L'addition d'une telle quantité de magnésium dans une fonte à graphite lamellaire permet de désoxyder la fonte mais transforme le graphite lamellaire en graphite nodulaire ou sphéroïdal.
  • L'invention a pour objet la réalisation des arbres à cames en fonte à graphite lamellaire dont l'usinage est plus aisé que l'usinage effectué sur des arbres à cames en fonte à graphite nodulaire ou sphéroïdal.
  • L'invention a également pour objet la réalisation d'arbres à cames en fonte à graphite lamellaire susceptibles de subir un traitement de refusion superficielle conférant auxdits arbres à cames une dureté beaucoup plus importante, sans engendrer la création de défauts notamment dans la structure des pièces finies.
  • Ces défauts sont dûs à la présence de gaz dissous, tels que l'oxygène et l'azote, présents dans les pièces brutes d'arbres à came lors du traitement de refusion superficielle.
  • L'invention a ainsi pour objet de désoxyder la fonte à graphite lamellaire avant sa coulée, sans modifier la structure lamellaire du graphite, dans le but de supprimer les défauts générés lors du traitement de refusion superficielle.
  • Néanmoins lorsque la fonte possède une forte teneur en soufre, l'élément désoxydant, introduit en faible quantité, réagit seulement avec le soufre.
  • L'invention a donc pour objet de réaliser une addition d'un élément désoxydant dans une fonte à très faible teneur en soufre.
  • Selon l'invention, le procédé est caractérisé par le fait que l'on introduit avant la coulée dans le bain de fonte 0.001% à 0.02% en poids d'un élément désoxydant dans le but d'obtenir une fonte à graphite lamellaire à basse teneur d'oxygène et d'azote.
  • Ce procédé s'applique en particulier à la fonte de composition :
    C % Si % P % Mn % Cr % Cu % Sn % V % Mo % Autres %
    2,6-3,5 1,6-2,8 0-0,15 0-1 0-0,6 0-1 0-0,2 0-0,2 0-0,6 0-0,3
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation du procédé.
  • Le procédé consiste en une première étape de fusion de la fonte à graphite lamellaire qui est portée à une température de fusion d'environ 1500°C.
  • Selon une variante du procédé, lorsque la teneur en soufre de la fonte à graphite lamellaire initiale est supérieure à 0.035% en poids, le bain métallique obtenu après fusion subit une désulfuration.
  • Cette désulfuration peut être réalisée, à titre d'exemple, par addition d'un agent désulfurant introduit à l'intérieur d'un conduit fusible avec barbotage d'un gaz inerte, la température étant maintenue aux environs de 1420°C, de sorte à obtenir à l'issue de ce traitement une teneur en soufre inférieure à 0.035 % en poids.
  • Le procédé se poursuit par une décantation d'une durée d'une vingtaine de minutes qui permet d'extraire les oxydes présents dans le bain de fonte sous forme de précipités, tels que MgO, MgS, etc...
  • Cette désoxydation n'atteint pas les gaz dissous, tels que le dioxyde d'oxygène ou d'azote.
  • La décantation effectuée est suivie d'une montée de température qui permet l'addition d'un élément désoxydant constitué par du magnésium sous forme d'un alliage contenant de 5 à 30% en poids de magnésium.
  • Selon une variante de réalisation du procédé, l'élément désoxydant est constitué par du cérium.
  • Selon une autre variante de réalisation du procédé, l'élément désoxydant est constitué par du baryum.
  • Selon une troisième variante de réalisation du procédé, l'élément désoxydant est constitué par du calcium.
  • On décrira à titre d'exemple le procédé pour lequel l'élément désoxydant est constitué par du magnésium.
  • L'addition de magnésium est effectuée par exemple par utilisation d'un conduit fusible.
  • Le magnésium ainsi introduit forme des complexes avec les oxydes restants dans la fonte, qui sont inertes lors d'un traitement de refusion superficielle.
  • Ainsi lors de la refusion superficielle à l'arc, l'oxygène et l'azote ne sont en surface que dans une très faible proportion qui ne provoque pas de création de défauts.
  • Le nombre d'arbres à cames fabriqués sans défauts, avec une teneur en défauts "acceptable" ou rebutés à l'issue du traitement de refusion superficielle réalisé par une refusion à l'arc permet de mettre en évidence les performances obtenues à l'aide de ce procédé.
  • Sont considérées comme teneur de défauts "acceptables" les arbres à came dont la surface occupée par les défauts est inférieure à 1% de la surface de l'arbre à came.
    sans ajout de Mg ajout de Mg + désulfuration ajout de Mg (S<0.035%)
    % de pièces sans défauts 10 69 75
    % de pièces "acceptables" 40 28 25
    % de pièces rebutées 50 3 0
  • Il apparaît clairement que la quantité de défauts sur les arbres à cames diminue visiblement lors de l'ajout de magnésium et que la fonte à graphite lamellaire, qui possède initialement une faible teneur en soufre, engendre moins de défauts que la fonte à graphite lamellaire ayant subi une désulfuration pour aboutir à cette faible teneur en soufre.

Claims (8)

1) Procédé de traitement d'une fonte à graphite lamellaire destinée à la fabrication des arbres à cames selon lequel on porte à la température de fusion ladite fonte avant d'extraire après décantation les oxydes de la fonte, caractérisé par le fait que l'on introduit avant la coulée dans le bain de fonte dont la teneur en soufre est inférieure à 0.035% en poids, 0.001% à 0.02% en poids d'un élément désoxydant dans le but d'obtenir une fonte à graphite lamellaire à basse teneur d'oxygène et d'azote.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonte à traiter possède la composition : C % Si % P % Mn % Cr % Cu % Sn % V % Mo % Autres % 2,6-3,5 1,6-2,8 0-0,15 0-1 0-0,6 0-1 0-0,2 0-0,2 0-0,6 0-0,3
3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'éléments désoxydants sont additionnés sous forme d'un alliage dont la teneur en cesdits éléments est comprise entre 5 et 30% en poids.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'addition d'éléments désoxydants dans le bain de fonte est précédée d'une opération de désulfuration du bain de fonte lorsque la fonte à graphite lamellaire initiale a une teneur en soufre supérieure à 0.035% en poids.
5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément désoxydant est constitué par du magnésium.
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément désoxydant est constitué par du calcium.
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément désoxydant est constitué par du baryum.
8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément désoxydant est constitué par du cérium.
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