FR2504154A1 - PROCESS FOR REFINING HYPEREUTECTICAL ALUMINUM SILICON PRIMARY SILICON - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE D'AFFINAGE DU SILICIUM PRIMAIRE D'ALLIAGES ALUMINIUM-SILICIUM HYPEREUTECTIQUES. ELLE EST CARACTERISEE PAR UN PRE-AFFINAGE AU MOYEN D'UN PRODUIT A BASE DE PHOSPHORE SUIVI D'UN AFFINAGE PAR LE MAGNESIUM IMMEDIATEMENT AVANT LA COULEE. ELLE TROUVE SON APPLICATION DANS LA FABRICATION DE CHEMISES DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE OU DE TOUT AUTRE PIECE SOUMISE A DES FROTTEMENTS.THE INVENTION RELATES TO A PROCESS FOR REFINING THE PRIMARY SILICON OF HYPEREUTECTIC ALUMINUM-SILICON ALLOYS. IT IS CHARACTERIZED BY PRE-REFINING BY MEANS OF A PHOSPHORUS-BASED PRODUCT FOLLOWED BY MAGNESIUM REFINING IMMEDIATELY BEFORE CASTING. IT FINDS ITS APPLICATION IN THE MANUFACTURING OF LINERS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES OR ANY OTHER PART SUBJECT TO FRICTION.
Description
-1 PROCEDE D'AFFINAGE DU SILICIU Ml PRIMAIRE DES ALUMINIUM-SILICIUM HYPEPR-1 PROCESS FOR REFINING SILICIU ML PRIMARY ALUMINUM-SILICON HYPEPR
Er ECTIQUES La présente invention est relative à un procédé d'affinage du silicium primaire des alliages aluminium-silicium hypereutectiques. L'honme de l'art sait que l'on classe les alliages aluminium-silicium The present invention relates to a method for refining primary silicon of hypereutectic aluminum-silicon alloys. The person skilled in the art knows that we classify aluminum-silicon alloys
en trois groupes suivant leur teneur en élément d'addition Les allia- in three groups according to their content of additive element
ges contenant environ 12,5 % en poids de Si sont dits eutectiques; ceux qui en renferment une quantité inférieure ou supérieure à cette Those containing about 12.5% by weight of Si are said to be eutectic; those who contain less than or greater than
valeur sont qualifiés respectivement d'hypo ou d'hypereutectiques. value are respectively hypo or hypereutectic.
Dans le cas présent, ne sont considérés que les alliages hypereutecti- In the present case, only hypereutectious alloys are considered
ques qui, lors de leur élaboration, donnent successivement,en se re- which, in their elaboration, give successively
froidissant,une phase solide contenant essentiellement des cristaux cold, a solid phase containing mainly crystals
de silicium primaire puis I'eutectique aluminium-silicium. primary silicon then aluminum-silicon eutectic.
De tels alliages trowuvent leur application en particulier lors de la fabrication par moulage de chemises de moteurs à combustion interne, car une telle structure de cristaux de silicium primaire durs noyés dans une matrice eutectique plus tendre est particulièrement apte à Such alloys trowuvent their application in particular during the manufacture by molding of shirts of internal combustion engines, because such a structure of hard primary silicon crystals embedded in a softer eutectic matrix is particularly suitable for
former une surface présentant des microporosités favorables à la ré- to form a surface with microporosities favorable to the re-
tention des lubrifiants et au comportement au frottement Mais, il faut cependant, pour obtenir des résultats convenables, que ces cristaux Lubricants and Rubbing Behavior However, it is necessary, however, to obtain suitable results, that these crystals
aient des dimensions ne dépassant pas 100 mn. have dimensions not exceeding 100 minutes.
Or, cette exigence est Difficile à respecter sur les pièces de fonde- However, this requirement is difficult to respect on the founding parts.
rie surtout lorsqu'elles sont de taille importante. especially when they are large.
C'est pourquoi, on est amené, lors de l'élaboration de ces alliages, à ajouter des éléments ou des composés dits "affinants" qui multiplient Therefore, it is necessary, during the development of these alloys, to add elements or compounds called "refining" which multiply
dans le métal liquide le nombre de centres de germination et condui- in the liquid metal the number of centers of germination and
sent, au cours du refroidissement, à la formation de cristaux de peti- during cooling, to the formation of small crystals
tes dimensions.your dimensions.
De nombreux agents d'affinage ont été décrits dans la littérature Tou- Numerous refining agents have been described in the literature.
tefois, on ne peut les utiliser indifféremment car chacun d'entre eux -2- However, we can not use them indifferently because each one of them -2-
a un effet spécifique.has a specific effect.
Si certains ont une action sur les cristaux de silicium If some have an action on silicon crystals
primaire, d'autres, au contraire, n'agissent que sur les cristaux de si- others, on the contrary, act only on the crystals of
licium de l'eutectique Il en est mêeme qui peuvent provoquer un grossissement des cristaux de l'une des phases en même temps qu'ils affinent It is the same that can cause a magnification of the crystals of one of the phases at the same time as they refine
les cristaux de l'autre.the crystals of the other.
S.T CIIU, dans son article "The effect of various elements on the modi- S. CIIU, in his article "The effect of various elements on the modi-
fication of Al-Si Alloys" paru dans le revue METALLKUNDE n 57 de ?Mi fication of Al-Si Alloys "published in the magazine METALLKUNDE n 57 of? Mi
1966, a montré la spécificité deces éléments et, notamment, dans le ta- 1966, showed the specificity of these elements and, in particular, in the
bleau 4 à la page 399, il donne une liste d'éléments avec leurs concen- on page 399, he gives a list of elements with their concen-
trations qui sont susceptibles d'affiner les cristaux de silicium pri- which are likely to refine the primary silicon crystals
maire;, On y trouve le chrome, le molybdène, le manganèse, le tungstène, le phosphore, le soufre, l'iode, le cuivre, l'argent, le zinc, l'étain, mayor ;, Chromium, molybdenum, manganese, tungsten, phosphorus, sulfur, iodine, copper, silver, zinc, tin,
le plomb, le nickel, le cadmium, le mercure. lead, nickel, cadmium, mercury.
On peut lire aussi dans cet article à la page 396, sur le tableau 2, que le magnésium ajouté à un alliage hypereutectique contrairement à tous les éléments cités plus haut a pour effet de grossir les cristaux It can also be read in this article on page 396, in Table 2, that magnesium added to a hypereutectic alloy, unlike all the elements mentioned above, has the effect of swelling the crystals.
de silicium primaire et d'âffiner les cristaux eutectiques. primary silicon and refining the eutectic crystals.
Or, la demanderesse, dans une étude approfondie de l'affinage des al- However, the applicant, in a detailed study of the refining of
liages hypereutectiques, notamment par le phosphore, a constaté avec surprise qu'un ajout de mgnésium à de tels alliages déjà affinés, n'avait pas pour effet de réduire cet affinage, mais, au contraire, de hypereutectic bonds, particularly by phosphorus, was surprised to discover that adding magnesium to such refined alloys did not have the effect of reducing this refining, but, on the contrary,
l'amplifier; ce qui va à l'encontre de l'enseignement donné par (MIU. the amplified; which goes against the teaching given by (MIU.
De plus, elle a remarqué que l'action d'affinage complémentaire était fugace, c'est-à-dire qu'elle disparaissait progressivement dans le temps et qu'il fallait donc ajouter ce magnésium peu de temps avant la coulée In addition, she noticed that the complementary refining action was fleeting, that is to say that it disappeared gradually over time and that it was therefore necessary to add this magnesium shortly before casting
pour bénéficier au maximum de son effet. to get the most out of its effect.
Ainsi, la présente invention est-elle relative à un procédé d'affinage du silicium primaire d'alliages aluminium-silicium hypereutectiques Thus, the present invention relates to a process for refining primary silicon of hypereutectic aluminum-silicon alloys
ayant subi un pré-affinage par un produit à base de phosphore, carac- pre-ripening with a phosphorus product, which is
térisé en ce que l'on ajoute à cet alliage un produit à base de magné- by adding a magnesium-based product to this alloy.
4 C 544 C 54
-3--3-
sium immédiatement avant de le couler L'alliage étant préparé de maniè- immediately before pouring it The alloy is prepared in such a way
re classique et affiné par ajout de 50 à 1000 ppm de phosphore ou d'une re classical and refined by adding 50 to 1000 ppm of phosphorus or a
quantité correspondante de l'un de ses dérivés, on y ajoute donc du ma- corresponding quantity of one of its derivatives, we add to it
gnésium Ce dernier peut être à l'état élémentaire ou d'alliages-mères aluminium-magnésium et sous forme de tournures, de poudre ou même de Gnesium The latter may be in the elemental state or aluminum-magnesium parent alloys and in the form of turnings, powder or even
morceaux massifs de dimensions compatibles avec une vitesse de dissolu- massive pieces of dimensions compatible with a speed of dissolu-
tion suffisamment grande.sufficiently large.
La quantité utilisée est telle qu'elle permet d'atteindre, dans l'allia- The quantity used is such that it makes it possible to achieve, in the alli-
ge final, une teneur en magnésium de 500 ppm mais, dans le cas de l'éla- final age, a magnesium content of 500 ppm but, in the case of
boration d'alliages contenant du magnésium dans leur composition, on alloying magnesium alloys in their composition,
peut ajouter la quantité nécessaire pour atteindre la teneur souhaitée. can add the amount needed to achieve the desired content.
L'ajout s'effectue à un moment le plus voisin possible de celui de la coulée et entout cas, moins de 30 minutes avant la solidification, car, au-delà de ce laps de temps, l'effet d'affinage s'estompe et devient pratiquement nul De préférence, l'ajout se fait moins de cinq minutes The addition is made at a time as close as possible to that of the pouring and in all cases, less than 30 minutes before solidification, because, beyond this lapse of time, the ripening effect fades and becomes practically zero Preferably, the addition is less than five minutes
avant la coulée pour être dans les conditions optima d'affinage. before casting to be in optimum ripening conditions.
On peut ainsi obtenir une réduction de moitié environ de la taille des cristaux de silicium primaire par rapport à celle qui est obtenue en It is thus possible to obtain a reduction by about half the size of the primary silicon crystals compared to that obtained in
présence de phosphore seulement.presence of phosphorus only.
On peut également, pour une taille de cristaux souhaités, réduire la quantité de phosphore nécessaire à un tel affinage et la compenser par It is also possible, for a desired crystal size, to reduce the amount of phosphorus required for such refining and to compensate for it by
une quantité de magnésium Celà a pour avantage de réduire la consom- a quantity of magnesium Cel has the advantage of reducing the consumption of
mation en ce métalloïde et de diminuer les quantités présentes dans les this metalloid and to reduce the quantities present in the
fours d'élaboration.ovens.
L'invention peut être illustrée au moyen des exemples suivants The invention can be illustrated by means of the following examples
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
A partir d'un bain métallique d'A 517 ultra pur, contenant quelques di- From a metal bath of A 517 ultra pure, containing a few
zaines de ppm de phosphore, et à une température de 7650 C, on a prélevé ppm of phosphorus, and at a temperature of 7650 C,
un échantillon que l'on a solidifié en 13 secondes Ce dernier présen- a sample which has solidified in 13 seconds.
tait, à l'examendes cristaux de silicium primaire d'une taille moyenne was, at the examination, primary silicon crystals of medium size
voisine de 50 Vm.close to 50 Vm.
C 4 1 54C 4 1 54
-4- On a alors ajouté au même bain 0,1 % de magnésium puis, deux minutes après l'introduction, on a prélevé, solidifié et examiné dans les mêmes 0.1% of magnesium was then added to the same bath and then, two minutes after the introduction, the samples were taken, solidified and examined in the same
conditions que précédemment, un nouvel échantillon: la taille des cris- conditions than previously, a new sample: the size of
taux était alors passée à 25 Am Les mêmes opérations ont été répétées une heure après l'introduction du magnésium et ont alors conduit à l'observation de cristaux de 40 im montrant ainsi la fugacité de l'effet The same operations were repeated one hour after the introduction of magnesium and then led to the observation of crystals of 40 μm, thus showing the fugacity of the effect.
de cet élément d'affinage.of this refining element.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
Un bain métallique d'A 517 a été partagé en trois volumes distincts aux- A metal bath of A 517 has been divided into three separate volumes
quels on a ajouté à chacun des quantités différentes de phosphore, com- added to each of the different amounts of phosphorus,
prises entre 10 et 50 ppm On a prélevé sur chacun d'eux un échantillon between 10 and 50 ppm Each of them was sampled
que l'on a solidifié en treize secondes et dont on a examiné la struc- solidified in thirteen seconds and the structure of which was examined
ture: la taille des cristaux de silicium primaire observée était: 20 - ture: the size of the primary silicon crystals observed was:
40 60 pm.40 60 pm.
A chacun des volumes, on a ajouté 0,1 % Mg et, deux minutes après intro- At each volume, 0.1% Mg was added and, two minutes after introduction,
duction de cet élément, on a procédé aux mêmes opérations que celles pratiquées sur l'alliage non traité par le magnésium La taille des of this element, the same operations were carried out as those performed on the non-magnesium-treated alloy.
grains était respectivement, pour chacun des échantillons: 11 19 - grains was respectively, for each of the samples: 11 19 -
32 rn.32 rn.
On constate ainsi que le magnésium a pour effet de diviser la taille des It can be seen that magnesium has the effect of dividing the size of
grains de silicium primaire par un facteur 2 environ. primary silicon grains by a factor of about 2.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
A partir d'un bain d'A 517 U 4 C, à une température de 780 C auquel on a ajouté du cuprophosphore à 15 % de phosphore, de manière à atteindre une teneur en phosphore de 700 ppm, on a prélevé une certaine quantité de liquide pour le couler sous forme d'éprouvettes de traction Après solidification, la taille des cristaux de silicium primaire observée From a bath of A 517 U 4 C, at a temperature of 780 C, to which was added cuprophosphorus at 15% of phosphorus, so as to reach a phosphorus content of 700 ppm, a certain amount was taken. of liquid to cast it in the form of tensile test pieces After solidification, the size of the primary silicon crystals observed
sur ces éprouvettes dépassait 50 mn. these specimens exceeded 50 minutes.
Au bain restant, on a ajouté 0,6 % de magnésiim et nrélevé imnmédiate- In the remaining bath, 0.6% magnesium was added and the medium was immersed immediately.
ment, après introduction et fusion de ce dernier, d'autres éprouvettes; celles-ci présentaient, après solidification, une taille de grains de after the introduction and fusion of the latter, other test pieces; these had, after solidification, a grain size of
Pm confirmant ainsi le rôle du magnésium comme élément d'affinage. Thus confirming the role of magnesium as a refining element.
--
La présente invention trouve son application dans l'affinage des allia- The present invention finds application in the refining of alloys
ges d'aluminium hypereutectiques et présente un grand intérêt, notam- hypereutectic aluminum alloys and is of great interest,
ment lorsque ces alliages sont destinés à la fabrication de chemises de when these alloys are intended for the manufacture of
moteurs à combustion interne ou de tout autre pièce soumise à des frot- internal combustion engines or any other parts subject to rubbing
tements.clothes.
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