FR2531140A1

FR2531140A1 - Chemise de cylindre composite destinee a etre utilisee dans les moteurs a combustion interne

Info

Publication number: FR2531140A1
Application number: FR8312487A
Authority: FR
Inventors: Masahiro Fukuda; Akitoshi Okabayashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1982-07-31
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1984-02-03
Also published as: DK348183D0; FR2531140B1; DK162177B; DE3327490A1; DE3327490C2; DK348183A; DK162177C; NO832761L; CH661476A5

Abstract

CHEMISE DE CYLINDRE COMPOSITE DESTINEE A ETRE UTILISEE DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE. LA CHEMISE DE CYLINDRE DE LA PRESENTE INVENTION EST CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'ELLE COMPREND DEUX COUCHES; UNE COUCHE EXTERIEURE CONSTITUEE PAR UNE MATIERE AYANT UNE RESISTANCE ET UNE DUCTILITE ELEVEES ET UNE COUCHE INTERIEURE CONSTITUEE PAR DE LA FONTE SPECIALE CLASSIQUE AYANT UNE RESISTANCE A L'USURE ET UNE RESISTANCE AU GOMMAGE ELEVEES, CES COUCHES EXTERIEURE ET INTERIEURE ETANT SOUDEES ENTRE ELLES PAR FUSION VERS LEUR JONCTION. CETTE CHEMISE DE CYLINDRE COMPOSITE PEUT ETRE POURVUE EN OUTRE D'UNE COUCHE INTERMEDIAIRE ENTRE LES COUCHES EXTERIEURE ET INTERIEURE, LA COUCHE EXTERIEURE, LA COUCHE INTERMEDIAIRE ET LA COUCHE INFERIEURE ETANT SOUDEES ENTRE ELLES PAR FUSION A LEURS JONCTIONS ADJACENTES. UTILISATION DE CETTE CHEMISE DE CYLINDRE COMPOSITE DE GRAND DIAMETRE POUR LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE DES NAVIRES PAR EXEMPLE.

Description

Chemise de cylindre composite destinée à être
utilisée dans les moteurs à combustion interne.

La présente invention concerne une chemise de
cylindre destinée à être utilisée dans les moteurs à combus
tion interne et plus particulièrement elle concerne une
chemise de cylindre améliorée possédant un grand diamètre
utilisable dans les moteurs à combustion interne particu fièrement utilisés pour les navires.

La chemise de cylindre utilisable dans les moteurs
à combustion interne doit posséder en principe des proprié
tés de résistance élevée à l'usure et au gommage parce que
la chemise simultanément rend le contact glissant avec les
segments de piston et doit maintenir une étanchéité à l'air
entre elle et ces segments. Pour cela, une fonte spéciale
contenant des éléments améliorant la résistance à l'usure
tels que Cr, B, P, V, No , Nb ou éléments analogues et
possédant la structure du graphite de type A a été utilisée
d'une façon classique comme matière pour la chemise de
cylindre susmentionnée.

Toutefois, avec la demande récente pour que la taille
de la chemise de cylindre soit augmentée et que son poids
soit réduit pour être utilisée dans les moteurs à combustion
interne, on s'est aperçu que la chemise fabriquée avec les
matières classiques n'avait pas une résistance suffisante
et par conséquent on a désiré augmenter cette résistance.

Pour renforcer la chemise de cylindre, on essaie
habituellement d'appliquer une matière ayant une résistance
supérieure pour cette chemise, mais une telle pratique est
généralement vaine parce que, par ailleurs, les propriétés
de résistance à l'usure et au gommage exigées naturellement
pour la chemise de cylindre peuvent être diminuées ou perdues,
en adoptant la matière ayant une résistance plus élevée.

On a également essayé d'augmenter l'épaisseur de paroi de
la chemise, mais cela va à l'encontre de la demande
concernant la diminution de poids de l'ensemble moteur,comme mentionné ci-dessus
En ce qui concerne la chemise de cylindre utilisable dans les moteurs de grande dimension, les conditions pendant le fonctionnement et les causes de rupture de la chemise sont analysées comme suit
a) C'est dans la partie de la surface intérieure de
la chemise qui permet le contact glissant avec
le segment de piston1 ou la résistance élevée
à l'usure et au gommage est exigée.

b) La rupture de cette chemise commence à la partie
de sa surface extérieure.

Dans la chemise de cylindre possédant une épaisseur de paroi relativement grande, la cause de sa rupture est expliquée principalement par les contraintes thermiques qui s'y produisent. En particulier, la-partie intérieure de cette chemise est exposée à des températures extrêmement élevées pendant le processus de combustion et d'explosion, tandis que sa partie extérieure est maintenue à une basse température d'un bout à l'autre du cylindre qui est effectivement refroidi par l'eau. Ces gradients de température entre la partie intérieure et la partie extérieure de la chemise engendrent des contraintes thermiques qui donnent un effet de compression et un effet de traction respectivement dans les parties intérieure et extérieure.Ainsi, la rupture commence très probablement vers la partie la plus extérieure de cette chemise.

La partie extérieure-de la chemise de cylindre qui est appliquée pour les moteurs à combustion interne des navires doit avoir, par conséquent > une resistance et une ductilité plus élevées pour éviter d'augmenter l'épaisseur de la paroi de la chemise. Par ailleurs, il n'est généralement pas nécessaire que la chemise de cylindre habituellement de petites dimensions ait une grande épaisseur de paroi espar conséquentlle se trouveendehors de ce problème dû aux différences de température mentionnées ci-dessus dans les chemises de cylindre de grandes dimensions.

En considérant les problèmes et l'analyse précédents, la présente invention a pour objet de fournir une chemise de cylindre composite qui possède d'une façon satisfaisante les propriétés de résistance à l'usure et au gommage exigées pour la partie de sa surface intérieure et qui soit également satisfaisante en ce qui concerne la résistance et la ductilité exigées pour la partiepériphérique extérieure.

Par conséquent, la présente invention fournit une chemise de cylindre de structure composite qui comprend une couche intérieure et une couche extérieure, la chemise étant caractérisée par le fait que la couche intérieure (au voisinage de la surface intérieure) est en une fonte spéciale ayant une résistance élevée à l'usure et au gommage telle que classiquement utilisée et que la couche extérieure (au voisinage de la surface extérieure) est constituée par la matière ayant une ténacité ou une résistance et une ductilité,e-levées, la couche intérieure et la couche extérieure étant soudées entre elles sous la forme d'une structure à deux couches.La chemise e cylindre de la présente invention ainsi fabriquée possède une résistance désirée sans altérer les propriétés de résistance à l'usure et au gommage qui sont généralement exigées pour cette chemise.

Dans une réalisation préférée, la présente invention fournit une chemise de cylindre composite dans laquelle la couche extérieure est formée par une matière de fonte å graphite sphéroidal qui a la structure du graphite sphéroïdal et d'une matrice comprenant surtout de la perlite.

Dans une autre réalisation préférée1 la présente invention fournit une chemise de cylindre composite dans laquelle la couche extérieure est formée d'une matière de fonte a graphite vermiculaire compacté ou de fonte à graphite pseudosphéroïdal qui a la structure du graphite vermiculaire compacté et d'une matrice comprenant principalement de la perlite.

Dans une autre réalisation préférée, la présente invention fournit une chemise de cylindre composite dans laquelle la couche extérieure est formée d'une matière d'acier coulé avec graphite sphéroldal qui a la structure du graphite sphéroïdalet d'une matrice comprenant principalement de la perlite.

Selon la présente invention, une couche intermédiaire peut être placée entre les couches extérieure et intérieure pour donner une structure à trois couches avec des propriétés améliorés des couches extérieure et intérieure intégralement unies.

On va maintenant décrire les dessins joints à ce mémoire.

La figure 1 est une coupe transversale de la chemise de cylindre ayant une structure à deux couches de la présente invention;
la figure 2 est une coupe transversale de la chemise de cylindre ayant une structure à trois couches de la présente invention;
les figures 3 à 6 sont des photographies montrant la microstructure de l'exemple n01 telle que décrite dans le tableau I, les figures 3 et 4 montrant la microstructure (grossie 50 et 400 fois) de la matière formant la couche extérieure, et les figures 5 et 6 montrant la microstructure (grossie 50 et 400 fois) de la matière formant la couche intérieure; ;
les figures 7 à 10 sont des photographies montrant la microstructure de l'exemple n06 donnée dans le tableau III, les figures 7 et 8 montrant la microstructure (grossie 50 et 400 fois) de la matière formant la couche extérieure et les figures 9 et 10 montrant la microstructure (grossie 50 et 400 fois) de la matière formant la couche intérieure;
la figure ll est un diagramme illustrant la répartition des duretés des exemples nO ll et 12 indiqués dans le tableau 5.

La présente invention sera expliquée en détail cidessous.

La figure 1 montre la structure d'une chemise de cylindre composit & réalisée selon la présente invention.

La chemise 1 comprend une couche extérieure 2 et une couche intérieure 3, la couche extérieure 2 ayant une ténacité élevée ou une résistance et une ductilité élevées comme on le decrira plus loin, et est préparée à partir d'une fonte a graphite sphéroidal, d'une fonte à graphite vermiculaire compacté et d'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal, et la couche intérieure 3 ayant la résistance à l'usure et au gommage élevée est préparée à partir d'une fonte spéciale telle qu'utilisée habituellement Les couches extérieure et intérieure sont liées entre elles par voie métallurgique par fusion à leur point de jonction.

La chemise de cylindre composite peut être fabriquee en ayant recours au procédé de coulée centriùger D'abord, les matières fondues pour la couche extérieure sont versées dans un moule rotatif et sont moulées en la couche extérieure, puis les matières fondues pour la coucheinté- rieure sont coulées en un temps approprie ce qui fait que la chemise de cylindre est obtenue comme on l'a envisagé, les deux couches étant liées entre elles d'une façon métallurgique::
En se référant encore à la figure 1, la chemise de cylindre de la présente invention est incidemment susceptible de former la couche de fusion (couche intermédiaire) de 5 qui a des compositions mixtes à la fois de la couche extérieure 2 et de la couche intérieure 3 par suite de la réunion par fusion des couches extérieure et intérieure en un corps intrinsèquement unitaire. A la jonction des couches adjacentes, les éléments d'alliage de la matière formant couche extérieure pénètrent inévitablement dans la couche intérieure 3 quand se produit la fusion de laeouche interieure 3 vers la couche extérieure 2 sous la forme d'une structure à deux couches.Afin d'améliorer encore la propriété des couches extérieure et intérieure intrinsèquement unies, il est également utile de fournir une chemise de cylindre à 3 couches, comme le montre la figure 2, dans laquelle une couche intermédiaire 4 est intercalée entre la couche extérieure 2 et la couche intérieure 3, et qui sera expliqué plus loin en détail. De la même façon que mentionné ci-dessus, la chemise de cylindre comportant la couche intermédiaire entre les couches extérieure et intérieure, peut être fabriquée également en ayant recours au procédé de coulée centrifuge en coulant les matières fondues à la suite de la couche extérieure en un temps approprié.

Tout type de moule horizontal, incliné ou vertical; peut être utilisé poule procédé de coulée centrifuge.

Les réalisations préférées des matières utilisables pour former la couche extérieure de la chemise de cylindre composite de la présente invention sont indiquées ci-dessous et seront décrites en détail.

La couche extérieure ayant une ténacité élevée ou une resistance et une ductilité élevées est preparée à partir de la matière choisie parmi (i) la fonte à graphite sphéroldal, (ii) la fonte à graphite vermiculaire compacté ou la fonte a graphite pseudosphéroïdal, ou bien (iii) l'acier coulé renfermant du graphite sphéroïdal. Les matières seront expliquées chacune en détail. Les quantites utilisées par la suite sont toutes exprimées en pourcentage pondéral.

(i) Fonte à graphite sphéroidal.

La fonte à graphite sphéroïdal utilisée pour la couche extérieure de la chemise de cylindre de la présente invention contient 2,8 à 4% de C; 1,5 à 3,5% de Si; 0,2 à 1% de Mn; jusqu'à 0,3% de P, jusqu'à 0,04% de S; 0,03 à 0,1% de Mg,et d'autres impuretés classiques inévitables , le reste étant principaement Fe, cette fonte ayant du graphite sphéroidal et une matrice de perlite (une petite quantité de cémentite cristallisée peut être permise).En plus des constituants ci-dessus, un ou plusieurs éléments choisi(s) dans le groupe suivant : jusqu'à 2,5% de Ni; jusqu'à 0,8% de Cr; jusqu'à 0,6% de Mo; jusqu'à 0,05% d'éléments des terres rares;jusqu'à 0,3% de Sn' jusqu'à 1% de Cu, peuvent être incorpores dans cette fonte si on le désire.

L'importance descompositions chimiques de cette fonte est expliquée ci-dessous.

C : 2,8 - 4%.

Si le taux de C est inférieur à 2,8%, le point de fusion de la matière s'élève, par conséquent,la matière nécessite une température de fusion plus élevée et devient difficile à couler, conduisant à une augmentation de la cristaAlisation de la cémentite avec comme résultat la fragilité de la matière. Par-contre, s'il y a plus de 4% de C present, les défauts de coule tendent à apparaitre.

Si : 1,5 - 3,5%.

Si amorce la cristallisation du graphite. Si moins de 1,5% de Si est présent, la quantité de cémentite cristallisée augmente et la matière devient fragile. Si le taux de
Si dépasse 3,5, la matrice devient ferritique et la limite élastique diminue, et en plus, l'élément Si-contenu dans la ferrite sous la forme d'une solution solide fragilise la ferrite en soi.

Mn : 0,2 - 1%.

Mn se combine usuellement avec S pour éliminer l'effet adverse de S, et en outre stabilise la matrice de perlite augmentant ainsi la résistance de la matière. Si son taux est inférieur à 0,2%, il n'en resulte aucun effet favorable. Si son taux dépasse 1%, la matière devient au contraire fragile.

P : jusqu'à 0,3%.

P augmente la- coulabilité de la matière fondue , mais forme des eutectiques phosphorés dans la matière qui rendent celle-ci fragile. Bien que la coulabilité de la matière soit améliorée avec des teneurs croissantes en P, la limite supé- rieure doit être fixée à 0,3% pour éviter des effets défavorables.

Plus la teneur en P est petite, plus la résistance et la ductilité de la matière sont élevées, mais dans-la pratique, il est difficile du point de vue économique de ramener la teneur en P à 0,01% ou au-dessous.

S : jusqu'à 0,04%.

S est généralement considéré comme un élément d'impureté comme dans le cas de P,et altère les propriétés mécaniques. S empêche le graphite de devenir sphéroldal et par conséquent est limité à 0,04%.

Mg : 0,03 - 0,1%.

Mg est utile pour rendre le graphite sphéroïdal. Si la teneur en Mg est inférieure à 0,03%, cette action n'est pas réalisée suffisamment. Cependant, l'utilisation d'une quantité de Mg supérieure à 0,1% provoque un refroidissement et est susceptible de produire des crasses et des défauts dans la pièce coulée, donc est défavorable.

La fonte à graphite sphéroïdal formant la couche exterieure de la chemise de cylindre composite contient en principe,comme indiqué ci-dessus, C, Si, Mn, P, S, Mg et d'autres impuretés classiques, le reste étant principalement
Fe.

En plus des constituants ci-dessus, on peut incorporer dans la fonte à graphite sphéroïdal,si on le désire/ jusqu'à 2,5% de Ni, jusqu'à 0,8% de Cr jusqu'à 0,52 de Mo; jusqu'à 0,05% d'éléments de terresrares,jusqu'à 0,3% de Sn ou jusqu a 1% de Cu, de sorte que les propriétés de la matière peuvent être encore améliorées.

Ni : jusqu'à 2,5%.

Ni provoque la graphitisation et renforce la matrice.

Toutefois, si sa quantité dépasse 2,5%, on ne peut pas obtenir une augmentation de l'effet correspondant et par conséquent elle est désavantageuse du point de vue économique. En outre, la structure durcie (bainite, martensite) et une nontransformation de la structure sont susceptibles de se produire
en rendant par contre la matière fragile.

Cr : jusqu'à 0,8g.

Cr est utilisé pour renforcer la matrice et stabiliser la cémentite. Toutefois, si la quantité de Cr est supérieure à 0,8%, la cémentite se cristallise au-delà du réglage de la teneur en C et en Si,et la matière devient fragile et n'est plus utilisable pour la couche extérieure.

Mo : jusqu'à 0,6%.

Mo est efficace pour renforcer la matrice, Si la quantité est supérieure à 0,6%, cet effet reste inchangé, donc cela est économiquement désavantageux. En outre, la matière devient probablement plus dure et fragile. La limite supérieure de Mo est par conséquent de 0,6%.

Eléments des terres rares : jusqu'à 0,05%.

Quand les éléments des terres rares sont utilisés conjointement avec Mg, ces éléments permettent au graphite de devenir sphéroïdal et améliorent la résistance de la matière. La limite supérieure de ces éléments doit être de 0,05% car avec des quantités plus grandes-on n1abtientpas l'effet correspondant pour la matière.

Sn : jusqu a 0,3,
Selon les conditions de coulée, la matière formant la couche extérieure dans ce qui est indiqué ci-dessus peut avoir une quantité excessive de ferrite dans la matrice et,par conséquent, peut avoir une limite élastique et une résistance à la fatigue diminuées. Afin de pallier cet inconvénient, on peut incorporer Sn dans la matière jusqu 0,3% pour stabiliser la perlite. Par-contre, on n'obtient aucun effet supplémentaire correspondant même avec des quantités superieures de Sn.

Cu : jusqu'à 1%.

Pour les mêmes raisons que Sn, Cu peut être présent dans la matière jusqu'à 1%.

L'inoculation est généralement efficace car elle donne une structure à la pièce coulée plus fine et provoque la graphitisation. Par conséquent on peut donner à la matière ci-dessus une structure plus fine avec du graphite uniformé- ment réparti en elle par l'inoculation . Pour cela, il est approprié d'inoculer la matière avec 0,05 a 1% de Si, parce que si la quantité de Si est inférieure à 0,05%, l'effet favorable de l'inoculation n'est pas réalisé tandis que même si cette quantité est supérieure à 1%, un effet accrû correspondant ne peut pas être obtenu. Comme agents d'inocula- tion appropriés, on peut proposer CaSi et FeSi, par exemple.

Une fois l'inoculation ainsi réalisée,la teneur en Si combinée de la matière est réglée dans la gamme susmentionnée de 1,5 à 3,5%.

Regardée au microscope, la structure de la fonte à graphite sphéroïdal précédente est constitué par du graphite sphéroïdal et une matrice comprenant principalement de la perlite. Une petite quantité de cémentite peut être précipitée dans la structure, mais cette cémentite qui rend la matière fragile, doit de préférence être à son plus bas niveau en ce qui concerne l'objet de la présente invention.

On désire que la matrice soit en perlite pour obtenir la limite élastique et la résistance à la fatigue,et plus la quantité de i-errite est petite, mieux sont obtenues les propriétés désirées. La bainite oula martensite1 si elles sont formées en partie, contribuent à renforcer la matière au lieu de produire l'effet adverse qui fragilise la matière. Afin de former la baînite ou la martensite dans la matrice, il est nécessaire d'ajouter à la matière divers éléments d'alliage ou d'appliquer un traitement thermique spécial, par conséquent, cela est désavantageux du point de vue économique. Toutefois, si la bainite ou la martensite sont formées en excès, la matière devient cassante et ne peut pas être utilisée pour la chemise de cylindre de grandes dimensions envisagé.

(ii) Fonte à graphite vermiculaire compacté.

La fonte à graphite vermiculaire compacté utilisée pour la couche extérieure de la chemise de cylindre de la présente invention, contient 2,8 à 4% de C; 1 à 3% de Si, 0,2 à 1% de Mn; jusqu'à 0,3% de P; jusqu'à 0,06% de S; 0,01 à 0,05%de Mg,et d'autres impuretés habituellement inévitables, le reste étant principalement Fe, cette fonte ayant la structure du graphite vermiculaire compacté et d'une matrice constituée principalement de perlite (une petitequan tité de cristaux de cémentite peut etre autorisée).En plus des constituants ci-dessus , on peut incorporer dans cette fonteXsi on le désire,un ou plusieurs des éléments suivants
jusqu'à 2,5% de Ni; jusqu'à 0,8% de Cr ' jusqu 0,6% de Mo; jusqu'à 0,05% des éléments des terres rares ;jusqu'à 0,3% de Sn;jusqu'à 1% de Cu ou jusqu'à 0,1% de Ti.

L'importance des compositions chimiques de la fonte est expliquée cidessous seulement pour Si, S, Mg et Tiparce que l'importance des autres constituants chimiques et de leur teneur a été déjà expliquée dans la réalisation précédente où la fonte à graphite sphéroïdal est utilisée comme matière pour couche extérieure de la chemise-de cylindre de la présente invention.

Si : 1 à 3%.

Si provoque la cristallisation du graphite. S'il y a moins de 1% de Si, les quantités accrues de cémentite cristallisée conduisent à la fragilité de la matière. Quand il y a plus de 3% de Si, la matrice acquière une structure ferritique qui altère la limite élastique1 et en outre, le
Si incorporé dans la ferrite sous la forme d'une solution solide fragilise la matière.

S : : jusqu'à 0,06%.

S est généralement considéré comme une impureté aussi bien que P. S altère les propriétés mécaniques et par conséquent est limité à 0,06%.

Mg : 0,01 - 0,05%.

Mg est utile pour former le graphite vermiculaire compacté. Si la teneur en Mg est inférieure à 0,01% , le graphite prend une forme lamellaire, ce qui altère la résistance de la matière. Cependant, il est inutile qu'il y ait plus de 0,05% de Mg. Au contraire, s'il y a des quantités excessives de Mg, celui-ci diffuse progressivement dans la couche intérieure , ce qui entraîne un changement de matière pour la couche intérieure. Dans la fonte à graphite vermiculaire compacté ou la fonte à graphite pseudosphéroïdal de la présente invention, la limite supérieure de
Mg doit être1 par conséquent,fixée à 0,05%.

La fonte à graphite vermiculaire compacté formant la couche extérieure de la chemise de cylindre composite contient en principe, comme mentionné ci-dessus,C, Si, Mn,
P, S, Mg et d'autres impuretés usuelles , le reste étant principalement Fe.

En plus des éléments ci-dessus, on peut incorporer dans la fonte à graphite pseudospheroïdal, si on le désire, jusqu'à 2,5% de Ni; jusqu'à 0,8% de Cr; jusqu'à 0,6% de Mo; jusqu 0,05% d'éléments desterresrares;jusqu'à 0,3% de Sn; jusqu'à 1% de Cu ou jusqu'à 0,1% de Ti, de sorte que les propriétés de la matière peuvent être encore améliorées de la même façon que dans le cas de la fonte à graphite sphéroïdal mentionnée précédemment. L'importance de ces éléments sélectifs a déjà été expliquée sauf en ce qui concerne Ti, dans la réalisation prédédente où la fonte à graphite sphéroïdal est utilisée comme matière de couche extérieure. Par conséquent, seul l'élément Ti est expliqué de la façon suivante.

Ti : jusqu'à 0,1%.

La matière précédente pour la couche extérieure de la chemise de cylindre composite peut avoir une structure de graphite rendue sphéroidal selon les conditions de la coulée. La structure du graphite rendu sphéroïdal est naturellement appropriée comme matière de couche extérieure de ladite chemise qui a été décrite ci-dessus en détail.

Afin d'obtenir un graphite vermiculaire compacté, Ti est efficace pour empêcher le graphite de devenir sphéroïdal.

Toutefois, si le Ti est utilisé en excès, le graphite lamellaire tend à cristalliser, par conséquent la teneur en Ti ne doit-pas dépasser 0,1%.

Comme c'est le cas avec la fonte à graphite sphéroïdal, l'inoculation est efficace en rendant la structure plus fine et en aorçat la graphitisation. Donc, on peut donner à la présente matière également une structure plus fine avec le graphite uniformément réparti en elle par inoculation. I1 est approprié d'inoculer à la matière 0,05 à 1% de Si. CaSi et
FeSi sont proposés comme exemple d';agents d'inoculation approprios. Les constituants de Si sont réglés de façon à ce que la matière ainsi inoculée contienne 1 à 3% de Si.

Vue au microscope, la structure de la fonte à graphite vermiculaire compacté est constituée par du graphite vermiculaire compacté et une matrice comprenant principalement de la perlite. Une petite quantité de cémentite peut être cristallisée dans la structure, mais cette cémentite qui rend la matière cassante doit etre au niveau le plus faible en ce qui concerne l'objet de la présente invention. I1 est préférable que la matrice soit en perlite en ce qui concerne la limite élastique et la résistance à la fatique,et plus petite est la quantité de ferrite, mieux sont obtenues les propriétés désirées. La bainite ou la martensLte, si elles
sont formées partiellement contribuent à renforcer la matière plutot que de la rendre cassante.Afin de former la bainite ou la martensite dans la matrice , il est nécessaire d'ajouter à la matière divers éléments d'alliage ou de lui appliquer un traitement thermique spécial, ce qui est désavantageux du point de vue économique. Toutefois, quand la bainite ou la martensite sont formées en excès, la matière devient cassante et ne peut pas être utilisée pour la chemise de cylindre de grandesdimensionsenvisagée (iii) Acier coulé contenant du graphite sphéroldal.

L'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal utilisé pour la couche extérieure de la chemise de cylindre de la présente invention contient 1 à 2% de C; 0,6 à 3% de
Si; 0,2 à 1% de Mn; jusqu'à 0,1% de P; jusqu'à 0,1% de S; et d'autres impuretés classiques, le reste étant principalement Fe,cet acier coulé ayant la structure du graphite presque sphéroidale et d'une matrice composée principa liement de perlite (une petite quantité de cristaux de cémentite est autorisée).En plus des constituants ci-dessus, on peut incorporer dans cet acier coulé,si on le désire, un ou plusieurs des éléments suivants en des quantités allant jusqu'à 2,5% de Ni; jusqu'à 1% de Cr; jusqu 1% de Mo, et jusqu'à 0,1% d'une quantité combinée de Ti, Al et Zr.

L'importance des compositions chimiques de cet acier coulé sera décrite ci-dessous en détail.

C : 1 - 2%.

S t il y a moins de 1% de C, le point de fusion de la matiere s'élève, par conséquent,la matière exige une .emperature plus élevée pour fondre et être coulée , augmentant ainsi le prix, tandis que si la teneur en C dépasse 2%, il y a une tendance à ce que le graphie ne prenne pas une forme sphéroïdale ce qui conduit à diminuer la ténacité.

Si : 0,6 - 3%.

Si est en rapport étroit avec la cristallisation du graphite. Si la quantité de Si est inférieure à 0,6%, il est pratiquement difficile de provoquer la cristalli- sation du graphite, tandis que si plus de 3% de Si sont présents, celui contenu dans la matrice sous la forme de solution solide a une tendance remarquable à fragiliser la matière.

Mn : 0,2 - 1%.

Mn en combinaison avec S est efficace pour éliminer l'effet nocif du S. Mn ne produit pas cet effet si sa quantité est inférieure à 0,2%, tandis que la matière devient plus dure et cassante quand elle contient plus de 1% de Mn.

P : jusqu 0,12.

P augmente la coulabilité des matières fondues et fragilise la matière, donc il ne faut pas dépasser 0,1g.

S : jusqu'à 0,1%.

De même que P, S fragilise la matière, donc il ne faut pas dépasser 0,1g.

L'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal formant la couche extérieure de la chemise de cylindre composite contient pratiquement les constituants ci-dessus et d'autres impuretés classiques , le reste étant principalement Fe.

En plus des constituants mentionnés ci-dessus, on peut incorporer également- les constituants ci-après dans l'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal formant la couche extérieure de la chemise de cylindre de la présente invention, afin que les propriétés de la matière soient encore améliorées.

Ni : jusqu a 2,5%.

Ni provoque la graphitisation et renforce la matrice.

Toutefois, si sa quantité dépasse 2,5%, l'effet correspondant d'augmentation ne peut pas être obtenu et, par conséquent,elle est défavorable du point de vue économique. En outre, la structure durcie de la bainite ou de la martensite et la non-transformation de la structure sont susceptibles de se produire, ce qui entraîne défavorablement la fragilité de la matière.

Cr : jusqu'à 1%.

Cr est efficace dans le renforcement de la matrice et dans la stabilisation de la cémentite. Toutefois, quant la quantité de Cr est supérieure à 1%, le graphite n'a pas tendance à cristalliser, ce qui conduit à l'altération de la résistance et de la ductilité de la matière.

Mo : jusqu'à 1%.

De même que- Ni, Mo est un élément important pour assurer la résistance et la ductilité. L9utilisation de plus de 1% de Mo rend par contre la matière plus dure et fragile.

Ti, Al et Zr : jusqu'à 0,1% en quantité combinée.

Si un ou au moins deux de ces éléments sont incorpores dans l'acier coulé contenant du-graphite sphéroïdal, cet acier peut être coulé sans aucune porosité,donnant ainsi un produit coulé de meilleure qualité. Puisque ces éléments sont tous des desogihts forts, un excès d'un tel élément, s'il est utilisé, provoque une oxydation excessive , empêchant l'écoulement de la matière à l'état fondu. Par conséquent, ces éléments sont limités en une quantité combinée allant jusqu'à 0,1%.

L'inoculation est également efficace pour l'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal en rendant la structure plus fine et en amorçant la graphitisation. I1 est approprié inoculer à ladite matière 0,1 à 1% de Si.

Comme exemples d'agents d'inoculation appropriés on peut proposer CaSi et FeSi. Une fois l'inoculation réalisée, le -taux de Si combiné dans la matière est réglé à la gamme cidessus de 0,6 à 3%.

Vue au microscope, la structure de l'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal est constituée par du graphite rendu presque sphéroïdal et une matrice de perlite et,en outre,. une petite quantité de cémentite libre peut y être contenue. En ce qui concerne l'objet de la'présente invention, la précipitation de cette cémentite doit être aussi petite que possible car la cémentite est cassante.

La matrice doit être constituée principalement de perlite et peut contenir en partie de la ferrite, de la bainite, de la martensite ou de l'austénite conservée. Comme cela peut être le cas, la ferrite est précipitée dans la matrice, si on le désirelpuisque la ferrite communique de bonnes propriétés de résistance et de ductilité. Toutefois, la bainite, la martensite ou l'austénité conservée doivent être en quantite minimum parce qu'elles alterent les qualités de la matière.

Dans la chemise de cylindre composite de la présente invention, la fonte spéciale utilisée conventionnellement peut être appliquée comme matière de la couche intérieure qui exige des propriétés de résistance à l'usure et de résistance au gommage.

I1 faut appliquer à la chemise de cylindre composite de la présente invention un traitement de recuit dans une gamme de températures de 400 à 6000C pour diminuer la tension afin de pouvoir éliminer les tensions résiduelles après la coulée. Bien qu'un traitement thermique à des températures supérieures au point de transformation A1 soit efficace pour améliorer la résistance et la ductilité de la matière formant la couche extérieure, un tel traitement thermique doit être évité parce qu'il est désavantageux au point de vue du prix et,en outreoles propriétés de la matiere formant la-couche intérieure peuvent être altérées défavorablement.

La présente invention est illustrée par les exemples préférés de réalisation,descriptifs et non limitatifs, ciaprès.

Réalisation A
La réalisation A montre des exemples préférés dans lesquels la Conte à graphite sphéroïdal est utilisée comme matière de la couche extérieure. Les chemises de cylindre ayant deux couches sont fabriquées par la coulée centrifuge avec un moule horizontal dans les conditions de coulée suivantes
Diamètre intérieur du moule : 720 mm
épaisseur de coulée de la
couche extérieure . 90 mm
Epaisseur de coulée de la couche intérieure o 60 mm
Les compositions chimiques des couches extérieure et intérieure de la chemise de cylindre sont indiquées dans le tableau I. Les exemples Nos 1 à 3 sont des chemises conformes à la présente invention.Les exemples Nos 4 et 5 sont des chemises de comparaison où le composant chimique de la couche extérieure est en dehors de la gamme présente ment spécifiée. En particulier, llexemple No 4 contient une quantité plus faible de Si,et l'exemple No 5 contient une quantité plus élevée de Mo.

TABLEAU I Compositions chimiques de la chemise de cylindre
en en poids)

<tb> No. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> Mg <SEP> Sn <SEP> V <SEP> B
<tb> couche
<tb> <SEP> 2,92 <SEP> 3,11 <SEP> 0,38 <SEP> 0,032 <SEP> 0,003 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,038 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<SEP> extéri
<SEP> 3,08 <SEP> 1,22 <SEP> 0,81 <SEP> 0,381 <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,032
<tb> extéri- <SEP> 3,82 <SEP> 1,78 <SEP> 0,61 <SEP> 0,078 <SEP> 0,021 <SEP> 2,08 <SEP> 0,21 <SEP> 0,48 <SEP> 0,059 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<SEP> couche
<tb> intéri- <SEP> 2,92 <SEP> 1,53 <SEP> 0,77 <SEP> 0,511 <SEP> 0,068 <SEP> - <SEP> 0,37 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> extéri- <SEP> 3,28 <SEP> 2,62 <SEP> 0,88 <SEP> 0,102 <SEP> 0,011 <SEP> 0,18 <SEP> 0,05 <SEP> 0,08 <SEP> 0,071 <SEP> - <SEP> - <SEP> intéri- <SEP> 3,21 <SEP> 1,38 <SEP> 0,91 <SEP> 0,235 <SEP> 0,022 <SEP> - <SEP> 0,23 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,201 <SEP> extéri
<SEP> 3,42 <SEP> 1,26 <SEP> 0,62 <SEP> 0,010 <SEP> 0,002 <SEP> 1,26 <SEP> 0,32 <SEP> 0,06 <SEP> 0,066 <SEP> 0,052 <SEP> - <SEP> couche
<tb> intéri- <SEP> 3,03 <SEP> 1,46 <SEP> 0,86 <SEP> 0,408 <SEP> 0,052 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,041
<tb> <SEP> extéri- <SEP> 3,02 <SEP> 3,26 <SEP> 0,88 <SEP> 0,002 <SEP> 0,013 <SEP> 1,85 <SEP> 0,21 <SEP> 0,82 <SEP> 0,052 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> couche
<tb> intéri- <SEP> 3,20 <SEP> 1,52 <SEP> 0,98 <SEP> 0,230 <SEP> 0,077 <SEP> 0,12 <SEP> 0,31 <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,245 <SEP> eure
<tb>
(Le reste principalement Fe)
Note Le symbole ( - signifie que la composition ne contient aucune
quantité spécifique de l'élément en tête de la colonne
Les microstructures de l'exemple No I mentionné dans le tableau I sont montrées sur les figures 3 à 6. En particulier. les figures 3 et 4 montrent la microstructure {avec un grossissement de 50X et de 400X, respectivement) de la matière formant la couche extérieure, et les figures 5 et 6 montrent la microstructure (avec un grossissement de 50X et de 400X respectivement) de la matière formant la couche intérieure.

On voit sur la figure 3 que les grains de graphite sont bien arrondis. Par conséquent, la matière possède une résistance élevée avec l'éventualité d'effet de fissuration la plus faible. La figure 4 montre la structure de perlite finement répartie.

Les propriétés mécaniques de la couche extérieure de la chemise de cylindre composite mentionnées ci-dessus sont données dans le tableau Il.

TABLEAU II
Exemple No. Résistance à- la traction Allongement
(Pa) (%)
1 512 x 106 6,09
2 625,8 x 106 1,80
3 570,9 x 106 2,53
4 447,3 x 106 0,33
5 592,5 x 106 0,38
Le tableau Il révèle que les chemises de comparaison des exemples Nos 4 et 5 sont inférieures aux chemises de la presente invention. En particulier dans llexemple No 4, la quantité de cementiteOcristallisée augmente et soulève des difficultés de résistance et de ductilité Dans l'exemple No.5, la bainite et la martensite sont formées en quantités croissantes dans la matrice , ce qui entrain la fragilité de la matière.

Réalisation B
La réalisation B montre des exemples préférés dans lesquels la fonte à graphite vermiculaire compacté ou la fonte à graphite pseudosphéroidal sont utilisées comme matière pour la couche extérieure. Les chemises de cylindre à deux couches sont fabriquées de la même façon que celles de la réalisation A. Les compositions chimiques des couches extérieure et intérieure de la chemise de cylindre sont mentionnées dans le tableau III. Les exemples Nos 6 à 8 sont les chemises selon la présente invention Les exemples
Nos 9 et 10 sont des chemises de comparaison dans lesquelles le composant chimique de la couche extérieure est en dehors de la gamme présentement spécifiée. En particulier, l'exemple
No 9 contient une quantité plus faible de C et le No 10 contient une quantité plus élevée de Ni.

TABLEAU III Compositions chimiques de la chemise de
cylindre (% en poids)

<tb> <SEP> No. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> Mg <SEP> Ti <SEP> V <SEP> B
<tb> couche
<tb> <SEP> extéri- <SEP> 3,08 <SEP> 2,71 <SEP> 0,47 <SEP> 0,042 <SEP> 0,004 <SEP> 0,11 <SEP> 0,07 <SEP> - <SEP> 0,027 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> couche
<tb> <SEP> intéri- <SEP> 3,12 <SEP> 1,29 <SEP> 0,86 <SEP> 0,325 <SEP> 0,036 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,038
<tb> eure
<tb> extéri- <SEP> 3,77 <SEP> 1,98 <SEP> 0,81 <SEP> 0,015 <SEP> 0,016 <SEP> 1,89 <SEP> 0,68 <SEP> 0,51 <SEP> 0,041 <SEP> 0,038 <SEP> - <SEP>
<SEP> intéri- <SEP> 2,81 <SEP> 1,66 <SEP> 0,91 <SEP> 0,500 <SEP> 0,051 <SEP> - <SEP> 0,41 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> eure
<tb> <SEP> couche
<tb> <SEP> extéri- <SEP> 3,48 <SEP> 1,30 <SEP> 0,31 <SEP> 0,138 <SEP> 0,036 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,08 <SEP> 0,019 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<SEP> intéri- <SEP> 3,30 <SEP> 0,52 <SEP> 0,77 <SEP> 0,208 <SEP> 0,022 <SEP> - <SEP> 0,19 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,170 <SEP>
<tb> eure
<tb> <SEP> couche
<tb> <SEP> extéri- <SEP> 2,42 <SEP> 1,88 <SEP> 0,56 <SEP> 0,028 <SEP> 0,012 <SEP> 1,01 <SEP> 0,25 <SEP> 0,31 <SEP> 0,018 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> intéri- <SEP> 3,20 <SEP> 1,09 <SEP> 0,81 <SEP> 0,320 <SEP> 0,070 <SEP> 0,16 <SEP> 0,20 <SEP> 0,12 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,021
<tb> eure
<tb> <SEP> couche
<tb> <SEP> extéri- <SEP> 3,30 <SEP> 1,86 <SEP> 0,61 <SEP> 0,055 <SEP> 0,032 <SEP> 2,75 <SEP> 0,30 <SEP> 0,42 <SEP> 0,030 <SEP> 0,030 <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> intéri
<tb> <SEP> 3,02 <SEP> 1,30 <SEP> 0,95 <SEP> 0,352 <SEP> 0,041 <SEP> 0,07 <SEP> 0,02 <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,036
<tb> eure
<tb>
(Le reste principalement Fe)
Note : Le symbole ( - ) signifie qu'il n'y a pas de quantité
spécifique de l'élément se trouvant en tête de la
colonne.

Les microstructures de l'exemple No 6 donné dans le tableau III sont indiquées sur les figures 7 à 10. En particulier7 les figures 7 et 8 montrent la microstructure (avec un grossissement de 50X et de 400Xtrespectivement) de la matière formant la couche extérieure, et les figures 9 et 10 montrent la microstructure (avec un grossissement de 50X et de 400X,respectivement ) de la matière formant la couche intérieure. On voit sur la figure 7 que les grains de graphite se présentent sous la forme vermiculaire compactée
En ce qui concerne la propriété d'effet de fissuration, le graphite vermiculaire compacté est inférieur au graphite sphéroïdal de la réalisation A mais supérieur au graphite lamellaire qui apparaît généralement dans la fonte ordinaire.

La figure 8 montre la structure de la perlite finement répartie.

Les propriétés mécaniques de la couche extérieure de la chemise de cylindre composite mentionnée ci-dessus sont indiquées dans le tableau IV
TABLEAU IV
Exemple No, Résistance à la traction Allongement
(Pa) (%)
6 364,9 x 106 2,04
7 449,3 x 10 0,92
8 405,2 x 106 1,22
9 319,8 x 106 0,38
PO 513 x lÔ6 0,45
Le tableau IV montre que les chemises de comparaison des exemples Nos 9 et 10 sont inférieures,particulièrement en ce qui concerne l'allongement,comme cela est respectivement le cas des exemples Nos 4 et 5 mentionnés ci-dessus.

C'est-à-dire que la matrice du No 9 contient une quantité excessive de cémentite et la matrice du No 10 contient une quantité accrue de bainite et de martensite.

Réalisation C
La réalisation C montre les exemples préférés dans lesquels l'acier coulé contenant du graphite sphéroldal est utilisé comme matière de la couche extérieure Les chemises de cylindre à deux couches sont fabriquées de la même façon que celles de la réalisation A Lg compositions chimiques des couches extérieure et intérieure de la chemise de cylindre sont indiquées dans le tableau V Les exemples
Nos 11 et 12 sont les chemises selon la présente invention
Les exemples Nos 13 et 14 sont les chemises de comparaison où le composant chimique de la couche extérieure est en dehors de la gamme présentement spécifiee.En particulier, l'exemple
No 13 contient des quantités plus élevées de Cr;et l'exemple
No 14 contient une quantité plus élevée de Mn et Ni.

TABLEAU V Compositions chimiques de la chemise de cylindre
(% en poids)

<tb> <SEP> No. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> Ti <SEP> V <SEP> B
<tb> <SEP> couche
<tb> extéri- <SEP> 1,73 <SEP> 2,21 <SEP> 0,31 <SEP> 0,012 <SEP> 0,008 <SEP> 0,28 <SEP> 0,12 <SEP> - <SEP> 0,051 <SEP> - <SEP>
<tb> intéri- <SEP> 3,30 <SEP> 1,32 <SEP> 0,92 <SEP> 0,349 <SEP> 0,036 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,029
<tb> <SEP> couche
<tb> <SEP> extéri- <SEP> 1,29 <SEP> 1,02 <SEP> 0.51 <SEP> 0,041 <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,22 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> intéri- <SEP> 2,99 <SEP> 1,38 <SEP> 0,69 <SEP> 0,238 <SEP> 0,051 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,201 <SEP>
<SEP> eure
<tb> couche
<tb> <SEP> extéri- <SEP> 1,62 <SEP> 1,60 <SEP> 0,34 <SEP> 0,021 <SEP> 0,006 <SEP> 0,20 <SEP> 1,35 <SEP> 0,12 <SEP> 0,050 <SEP> - <SEP>
<tb> eure
<tb> 2,98 <SEP> 1,62 <SEP> 1,03 <SEP> 0,405 <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,035
<tb> <SEP> couche
<tb> extéri- <SEP> 1,48 <SEP> 2,30 <SEP> 1,25 <SEP> 0,034 <SEP> 0,018 <SEP> 3,25 <SEP> 0,25 <SEP> 0,41 <SEP> 0,032 <SEP> - <SEP>
<tb> eure
<tb> <SEP> couche
<tb> intéri- <SEP> 3,38 <SEP> 1,48 <SEP> 0,88 <SEP> 0,275 <SEP> 0,079 <SEP> 0,06 <SEP> 0,05 <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 0,230 <SEP>
<tb> <SEP> eure
<tb>
(Le reste principalement Fe)
Note : Le symbole ( - ) signifie qu'il nsy a pas de quantité
spécifique de l'élément se trouvant en tête de la colonne.

La repartition de la dureté de la chemise de cylindre composite ayant les compositions chimiques Nos 11 et 12 dans le tableau V est indiquée sur la figure 11.

Les propriétés mécaniques de la couche extérieure de la chemise de cylindre composite des exemples Nos 11 à 14 sont indiquées dans le tableau VI.

TABLEAU VI
Exemple No Résistance à la traction Allongement
(Pa) (%)
11 551,3 x 106 1,22
12 617 x 106 2,03
13 398,3 x 106 0,32
14 616 x 106 0,40
Le tableau VI montre. que les chemises de comparaison des exemples Nos 13 et 14 sont inférieures aux chemises de la présente invention des exemples Nos 11 et. 12, particulièrement en ce qui concerne l'allongement. La matrice de l'exemple No 14 contient une quantité accrue de bainite et de martensite. La couche extérieure du No 14 a par conséquent une dureté élevée mais un allongement inférieur entraînant ainsi la fragilité de la matière,
Par ailleurs, la matière qui a été utilisée classiquement comme chemise de cylindre ayant une structure de couche unique, montre une résistance à la traction de(176,6 à 245,3) x 106Pa et un allongement de 0,2 à 0,8%.Ainsi, la couche extérieure de la chemise de cylindre composite de la présente invention est bien supérieure à la partie ex térieure de la chemise de cylindre utilisée d'une façon classique ayant une construction à couche unique en ce qui concerne la résistance et la ductilité
Comme on le décrit ci-dessus en détail, la présente invention fournit une chemise de cylindre composite,comprenant une couche extérieure et une couche intérieure,dans laquelle il est exiaé que la couche extérieure ait une résistance et une ductilité élevées puisque la rupture de la chemise commence à la partie de sa surface exterieure, tandis qu'il est exigé que la couche intérieure ait une résistance à l'usure et au gommage élevée la couche extérieure est constituée par la matière choisie parmi la fonte à graphite sphéroïdal , la fonte à graphite pseudospheroidal ou vermiculaire compacté et l'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal,tandis que la couche intérieure est constituée par urefonte spéciale qui est utilisée d'une façon classique pour obtenir les propriétés désirées, la couche extérieure et la couche intérieure étant soudées entre elles par fusion sous la forme d'une structure à deux couches. Donc,la chemise de la présente invention possède la résistance désirée sur sa partie extérieure sans altérer les propriétés.

de sa surface intérieure.

Dans la chemise de cylindre dont la couche extérieure est constituée par la fonte à graphite vermiculaire compacté la résistance de la chemise de cylindre est inférieure à celle de la chemise de cylindre dont la couche extérieure est constituée par de la fonte à graphite sphéroïdal ou de l'acier coulé contenant du graphite sphéroldal . Par ailleurs, la structure de la prdrnière chemise de cylindre se rapproche étroitement de celle de la fonte spéciale (ayant du graphite lamellaire) qui forme la couche intérieure.Par conséquent, la chemise de cylindre dont la couche extérieure est constituée par de la fonte à graphite vermiculaire compacté est avantageuse du fait qu'elle a des propriétés similaires à celles de la chemise de cylindre simple classicue en ce qui concerne la eonductivité thermique, la dilatation thermique, la limite élastique ou propriétés analogues.

Dans la chemise de cylindre à deux couches, les pro priétés de la couche intérieure peuvent être altérées par la matière de la couche extérieure parce que des éléments d'alliage de la matière de la couche extérieure sont légè- rement mélangés avec ceux de la matière de la couche inte- rieure et ont de plus diffusé les uns dans les autres.Bien qu'aucun inconvénient particulier ne soit rencontré pendant l'utilisation pratique de cette chemise de cylindre, on peut intercaler une couche intermédiaire illustrée sur la figure 2 entre les couches extérieure et intérieure, de sorte qu'on peut obtenir la chemise de cylindre dont la couche intérieure a moins tendance à être altérée par la couche extérieure et,de plus, on peut obtenir une chemise de cylindre ayant de meilleures propriétés de résistance et de conductivité thermique vers la couche de fusion. I1 est également préférable de prévoir une couche intermédiaire supplémentaire en ce qui concerne la bonne qualité de la matière de la couche intérieure, mais il est désavantageux du point de vue économique d'avoir une telle couche intermédiaire sup plementaixe. La présence ou l'absence de la couche intermédiaire ou des couches intermédiaires supplémentaires doivent être déterminéesd1un point de vue global en considérant divers facteurs tels que le coût ou la qualité de la chemise
Il est également désirable d'utiliser comme couchein- termédiaire la matière qui a les teneurs en produits chimiques prati quement voisines de celles de la couche intérieure puisque la matière formant la couche intermédiaire sert également à améliorer la qualité de la matière de la couche intérieure
L'épaisseur de la couche intermédiaire est de preférence comprise entre 5 et 50 mm qui est donnée comme épaisseur au processus de coulée et,également,comme épaisseur de la chemise de cylindre terminée. En résumé, on explique ceci comme suit, la partie intérieure de la couche extérieure fond jusqu une profondeur de 10 à 30 mm au muent de la coulée de la matière formant la couche intermédiaire, et, ulté- rieurement la partie intérieure de la couche intermédiaire fond jusqu a une profondeurdelO.à 30 mm au moment de la coulée de la matière de la couche intérieure.La couche intermediaire ne donne aucun avantage particulier Si son épaisseur est intérieure à 5 mm Egalement, il n'est pas nécessaire que l'épaisseur de la couche intermédiaire dépasse 50 muni,
Dans le cas où la chemise de cylindre est utilisée pour des moteurs à combustion interne de navires, l'épaisseur de paroi de la couche intermédiaire est limitée généralement à 50 mm en tenant compte que l'épaisseur maximum de là chemise est de 80 mm dans la couche intérieure Comme mentionné ci-dessus, la matière formant la couche intermédiaire doit avoir de préférence des teneurs en produits chimiques pratiquement voisines de celles de la couche intérieure,mais on ne pourra pas obtenir une couche interne médiaire ayant les mêmes teneurs en produits chimiques que la couche intérieure même si la même matière avec la couche intérieure est coulée dans la couche intermédiaire parce que les éléments d'alliage de la couche intermédiaire sont mélangés inévitablement avec ceux de la couche extérieure.

La matière utilisée pour la couche intermédiaire de la chemise de cylindre de la présente invention contient 2 à 4% de C; 0,8 à 3% de Si; 0,4 à 1,2% de Mn;jusqu'à 6% de P et jusqu'à
0,1% de S,et d'autres impuretés habituellement inévitables, le reste étant principalement Fe. En plus des éléments cidessus, on peut incorporer dans cette matière,si on le désire, un ou plusieurs des éléments suivants en des quantités allant jusqu'à 2,52 de Ni, jusqu 1% de Cr; jusqu'à 1% de No; jusqu'à 0,052 de Mg, jusqu'à 0,05% d'éléments des terresrares; jusqu'à 0,3% de Sn; jusqu'à 1% de Cu,et jusqu'à 0,1% combiné de Ti, Al et Zr.

L'importance de la composition chimique de ladite matière est décrite en détail ci-après.

C : 2 2 - 4%.

Si la teneur en C est inférieure à 2%, la graphitisation de la matière n'es pas suffisante, ce qui diminue les propriétés concernant à la fois la conductivité thermique et la ténacité. Mais s'il y a plus de 4% de C, la graphitisation est excessive amenant au contraire la fragilité de la matière.

Si : 0,8 - 3%.

Si le taux de Si est inférieur à 0,8%, on ne peut pas obtenir une graphitisation suffisante et des difficultés ont tendance à surgir concernant la conductivité thermique et la ténacité de cette matière. Si le taux de Si dépasse 3%, une grande quantité de ferrite précipite et diminue la résistance de la matière et,en outre, le Si contenu dans la ferrite sous la formed'une solution solide fragilise la matière.

Mn : 0,4 - 1,2%.

Mn se combine avec S pour éliminer effet nocif du
S,et stabilise la perlite dansla matrice, ce qui augmente la résistance. Toutefois,on n'obtient aucun effet favorable si le taux est inférieur à 0,4%, mais si le taux de Mn dépasse 1,2%, la matiere sera rendue défavorablement cassante.

P : jusqu'à 0,6%.

P augmente la coulabilité de la masse fondue mais forme des eutectiques phosphorés dans la matière, ce-qui fragilise celle-ci. Bien que sa coulabilité s'améliore quand la teneur en P augmente, la teneur supérieure est limitée à 0,6%, valeur qui est généralement-considérée pour être dans la gamme inoffensive pour la matière à utiliser comme couche intermédiaire.

S : jusqu'à 0,1%.

S forme des composés sulfuriques vers les joints de grains, ce qui rend la matière cassante. Par conséquent la limite supérieure est fixée à 0,1% parce que jusqu a 0,1% le taux de soufre se trouve dans la gamme qui est généralement inoffensive pour la matière utilisée comme couche intermédiaire.

La matière utilisée pour former la couche intermé- diaire de la chemise de cylindre composite contient en principe les constituants ci-dessus et vautres impuretés usuelles, le reste étant principalement Fe.

En plus des constituants mentionnés ci-dessus, les constituants suivants peuvent etre également incorporés dans la matière formant la couche intermédiaire de sorte que les propriétés de cette matière peuvent être encore améliorées.

Ni : jusqu'à 2,5%.

Ni est efficace pour amorcer la graphitisation et renforcer la matrice. Si la quantité de Ni dépasse 2,5%, cependant, les effets favorables ne sont pas augmentés en rapport avec l'excès de Ni, par conséquent ce n'est pas économique. En plus,la structure durcie ou la non-transformation de la structure ont tendance à se produire , ce qui rend la matière cassante.

Cr : jusqu'à 1%.

Cr est utilisé pour renforcer la matrice et stabiliser la cémentite. Si la quantité est supérieure à 1%, les quantités accrues de cémentite fragilisent la matière.

Mo : jusqu'à 1%.

Mo renforce la matrice. Si le taux de Mo dépasse 1%, cependant, cet effet reste inchangé, par conséquent du point de vue économique, ceci n!est pas favorable. Egalement, l'uti lisation de plus de 1% de Mo tend à rendre la matière plus dure et cassante.

Mg : jusqu 0,05%.

Il n1 est absolument pas nécessaire pour la matière de la couche intermédiaire de rendre sphéroïdal le graphite parce que la matière de la couche intermédiaire nta pas besoin d'avoir des propriétés de résistance et de ductilité ayant les valeurs demandées pour la matière de la couche extérieure.

La formation de graphite sphéroïdal ou pseudosphéroïdal est naturellement souhaitable en ce qui concerne l'amélioration de ces propriétés. D'une façon défavorable, Mg altère la qualité de la matière de la couche intérieure et est susceptible également de soulever des difficultés concernant la forme du graphite , les ségrégations ou phénomènes analogues.

Par ailleurs 6 Mg sera inévitablement inclus dans la matière de la couche intermédiaire quand la matière contenant Mg, telle que la fonte à graphite sphéroïdal ou la fonte à graphite vermiculaire compacte est appliquée pour la couche extérieure. Compte tenu de ce qui précède, la valeur supé- rieure de Mg est fixée à 0,05% qui est considérée comme étant dans la gamme ne donnant pas d'effet nocif.

Eléments desterresrares: jusqu a 0,05%.

I1 n'est absolument pas nécessaire que la matière de la couche intermédiaire contienne des éléments des terres rares bien que l'utilisation de ces éléments améliore généralement la qualité de la matière. Lorsque la matière fonte nant des éléments desterresraresest utilisée sélectivement pour la couche extérieure, ces éléments seront inévitablement contenus également dans la couche intermédiaire. Etant donné ce qui est dit ci-dessus, la limite supérieure des éléments des terres rares est de 0,05%.

Sn : jusqu'à 0,3%.

Quand la matière de la couche extérieure contient Sn, celui-ci sera inévitablement incorporé dans la matière de la couche intermédiaireZ par conséquent la limite supérieure sera fixée à 0,3%.

Cu : jusqu'à 1%.

La teneur en Cu va jusqu 1% pour les mêmes raisons que Sn.

Ti, Al et Zr : en quantité combinée jusqu 0,1%
Un ou au moins deux de ces éléments peuvent être incorporés dans la matière de la couche intermédiaire pour les mêmes raisons que Sn.

Les réalisations préférées de la chemise de cylindre comportant une structure à trois couches seront décrites ci-dessous.

Réalisation D
La réalisation D montre les exemples préférés de la chemise de cylindre composite comportant une structure à trois couches r une couche intermédiaire étant intercalée entre les couches extérieure et intérieure. Ladite chemise de cylindre étant fabriquée par la coulée centrifuge dans les conditions de coulée suivantes
Diamètre intérieur du moule . # 1040 mm
Epaisseur de coulée de la couche
extérieure dont la surface est
brute de fonte @ 70 mm
épaisseur de coulée de la couche
intermédiaire dont la surface est
brute de fonte ç 25 mm
épaisseur de coulée de la couche
intérieure dont la surface est
brute de fonte : : 50 mm
Les compositions chimiques des couches extérieure, intermédiaire et intérieure de la chemise de cylindre selon la présente invention sont données dans le tableau VIT.

TABLEAU VII Composition chimique de la chemise de cylindre
(% en poids).

<SEP> No. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> Mg <SEP> Ti <SEP> V <SEP> B
<tb> couche
<tb> <SEP> 3,75 <SEP> 1,95 <SEP> 0,72 <SEP> 0,008 <SEP> 0,030 <SEP> 0,43 <SEP> 0,34 <SEP> - <SEP> 0,075 <SEP> - <SEP> - <SEP> extérieure
<tb> <SEP> intermédiaire <SEP> 3,58 <SEP> 1,56 <SEP> 0,89 <SEP> 0,185 <SEP> 0,052 <SEP> 0,28 <SEP> 0,12 <SEP> - <SEP> 0,038 <SEP> - <SEP> - <SEP> couche
<tb> <SEP> 3,40 <SEP> 1,0@ <SEP> 1,24 <SEP> <SEP> 0,426 <SEP> 0,074 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,038
<tb> intérieure
<tb> couche
<tb> <SEP> 2,89 <SEP> 3,40 <SEP> 0,30 <SEP> 0,120 <SEP> 0,002 <SEP> - <SEP> 0,02 <SEP> 0,04 <SEP> 0,042 <SEP> - <SEP> - <SEP> extérieure
<tb> <SEP> 16
<tb> <SEP> intermédiaire <SEP> 2,98 <SEP> 2,62 <SEP> 0,62 <SEP> 0,185 <SEP> 0,010 <SEP> 0,05 <SEP> 0,15 <SEP> 0,02 <SEP> 0,004 <SEP> - <SEP> - <SEP> couche
<tb> <SEP> 2,96 <SEP> 0,74 <SEP> 0,85 <SEP> 0,210 <SEP> 0,021 <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,204 <SEP>
<tb> <SEP> intérieure
<tb> couche
<tb> <SEP> 3,26 <SEP> 1,49 <SEP> 0,60 <SEP> 0,135 <SEP> 0,042 <SEP> - <SEP> 0,03 <SEP> 0,24 <SEP> 0,035 <SEP> 0,047 <SEP> - <SEP> extérieure
<tb> couche
<tb> <SEP> 17 <SEP> 3,15 <SEP> 1,30 <SEP> 0,70 <SEP> 0,230 <SEP> 0,058 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,10 <SEP> 0,004 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,015
<tb> intermédiaire
<tb> couche
<tb> 3,01 <SEP> 1,18 <SEP> 0,92 <SEP> 0,340 <SEP> 0,070 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,040
<tb> intérieure
<tb> couche
<tb> <SEP> 2,99 <SEP> 2,27 <SEP> 0,20 <SEP> 0,008 <SEP> 0,002 <SEP> 0,34 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,016 <SEP> - <SEP> - <SEP> extérieure
<tb> couche
<tb> 18 <SEP> 3,15 <SEP> 1,85 <SEP> 0,56 <SEP> 0,012 <SEP> 0,009 <SEP> 0,18 <SEP> 0,25 <SEP> - <SEP> tr <SEP> - <SEP> - <SEP>
<SEP> intermédiaire
<tb> couche
<tb> <SEP> 3,30 <SEP> 1,09 <SEP> 0,78 <SEP> 0,016 <SEP> 0,015 <SEP> - <SEP> 0,52 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> intérieure
<tb> couche
<tb> <SEP> 1,16 <SEP> 2,35 <SEP> 0,20 <SEP> 0,004 <SEP> 0,040 <SEP> 1,62 <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,056 <SEP> - <SEP> extérieure
<tb> 19 <SEP> couche
<tb> <SEP> 2,02 <SEP> 1,90 <SEP> 0,52 <SEP> 0,200 <SEP> 0,058 <SEP> 0,72 <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,025 <SEP> - <SEP> intermédiaire
<tb> couche
<tb> 3,40 <SEP> 1,52 <SEP> 1,06 <SEP> 0,405 <SEP> 0,080 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,028
<tb> intérieure
<tb> couche
<tb> <SEP> 1,88 <SEP> 0,95 <SEP> 0,52 <SEP> 0,051 <SEP> 0,002 <SEP> - <SEP> 0,26 <SEP> 0,12 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> extérieure
<tb> couche
<tb> <SEP> 2,69 <SEP> 0,92 <SEP> 0,58 <SEP> 0,120 <SEP> 0,006 <SEP> - <SEP> 0,26 <SEP> 0,06 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,102 <SEP> intermédiaire
<tb> couche
<tb> 3,20 <SEP> 0,89 <SEP> 0,60 <SEP> 0,200 <SEP> 0,010 <SEP> 0,02 <SEP> 0,26 <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,230 <SEP> intérieure
<tb>
(Le reste principalement Fe)
Note : Le symbole ( - ) signifie qu'il n'y a pas de quantité
spécifique de l'élément se trouvant en tête de la
colonne.

Les chemises de cylindre comportant une structure à trois couches donnée dans les exemples Nos 15 à 20 sont excellentes en ce qui concerne les propriétés intégralement unies.

Par conséquent les chemises de cylindre composite à deux ou trois couches ayant une ténacité élevée ou une résistance et une ductilité élevée de la partie formant leur couche extérieure peuvent être utilisées pendant longtemps sans qu'elles aient tendance à se rompre ou à avoir des accidents semblables,et possèdent également une résistance élevée à l'usure et au gommage sur la partie inté- rieure et donnent un contact glissant avec les segments de piston.

Les chemises de cylindre selon la présente invention sont fabriquées facilement en utilisant le procédé de la coulée centrifuge et ces chemises ainsi fabriquées remplissent les conditions envisagées
Il doit être bien entendu que la description qui précède nua été donnée qu'à titre purement ilaustratif et non limitatif et que toutes variantes ou modifications peuvent y être apportées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention tel que défini dans les revendications ci-annexées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Chemise de cylindre composite à grand diamètre destinée à être utilisée dans les moteurs à combustion interne,caractérisée par le fait que cette chemise comprend deux couches : une couche extérieure constituée par une matière ayant une résistance et une ductilité élevées et une couche intérieure constituée par une fonte spéciale ayant une résistance à l'usure et une résistance au gommage élevées, la couche extérieure et la couche intérieure étant soudées ensemble par fusion a leur point de jonction.

2. Chemise de cylindre composite selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la couche extérieure est constituée par une matière de fonte à graphite sphero- ïdal ayant une résistance et une ductilité élevées, cette matière étant constituée essentiellement,exprimé en poids, par 2,8 à 4% de C; 1,5 à 3,58 de Si: 0,2 à 1% de Mn; jusqu'à 0,3% de P; jusqu'à 0,04g de S; 0,03 à 0,1% de Mg et d'autres impuretés inévitables habituelles, le reste étant principalement Fe, et ayant la structure du graphite sphéroïdal et d'une matrice composée principalement de perlite.

3. Chemise de cylindre composite selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la matière de fonte à graphite sphéroïdal contient en outre un ou plusieurs des éléments suivants avec des quantités allant pour Ni jusqu'à 2,5%: Cr jusqu 0,8%; Mo jusqu'à 0,6: des éléments des terres rares jusqu'à 0,05%,' Sn jusqu'à 0,3%,et Cu jusqu'à 1%.

4. Chemise de cylindre composite selon la revendication 1, caractérisée par le fait quela couche extérieure est constituée par une matière de fonte à graphite vermiculaire compacte ayant une resistance et une ductilité élevées cette matière etant constituée essentiellement, exprimé en poids, par 2,8 à 4% de C; 1 à 3% de Si; 0,2 à 1% de Mn; jusqu'à 0,3% de P; jusqu'à 0,06% de S; 0,01 à 0,05% de Mu, et d'autres impuretés inévitables habituellement, le reste étant principalement Fe, et ayant la structure du graphite vermiculaire compacté et d'une matrice composée principalement de perlite.

5. Chemise de cylindre composite selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la matière de fonte à graphite vermiculaire compacté contient en outre un ou plusieurs des éléments suivants avec des quantités allant pour Ni jusqu'à 2,5% Cr jusqu'à 0,8%; Mo jusqu'à 0,6%,

des éléments desterresrares jusqu'à 0,05% Sn jusqu'à 0,3%; Cu jusqu'à 1%,et Ti jusqu'à 0,1%.

6. Chemise de cylindre composite selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la couche extérieure est constituée par une matière d'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal et ayant une résistance et une ductilité élevées, cette matière étant constituée essentiellement, exprimé en poidsXpar 1. à 2% de C; 0t6 à 3% de Si; 0,2 à 1% de Mn; jusqu'à 0,1% de P; jusqu'à 0,1% de S.tet d'autres impuretés inévitables habituellement, le reste étant principalement Fe, et ayant la structure du graphite sphéroïdal et d' une matrice composée principalement de perlite.

7. Chemise de cylindre composite selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la matière d'acier coulé contenant du graphite sphéroldal contient en outre un ou plusieurs des éléments suivants avec des quantités allant pour Ni jusqu'à 2,5%; Cr jusqu l%,et Mo jusqu'à 1%.

8. Chemise de cylindre composite selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait que la matière d'acier coulé contenant du graphite sphéroïdal contient en outre un ou plusieurs des éléments choisis parmi

Ti, Al et Zren une quantité combinée allant jusqu'à 0,1%.

9. Chemise de cylindre composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait qu'il est prévu en outre une couche intermédiaire entre les couches extérieure et intérieure, la couche extérieure , la couche intermédiaire et la couche intérieure étant soudées entre elles par fusion à leurs jontions adjacentes, la matière formant la couche intermédiaire étant constituée essentiellement,exprimé en poids, par 2 à 4% de C; 0,8 à 3% de Si, 0,4 à 1,2% de Mn; jusqu'à 0,6% de P; jusqu'à 0,1% de S et d'autres impuretés habituellement inévitables, le reste étant principalement Fe.

10. Chemise de cylindre composite selon la revendication 9, caractérisée par le fait que la matière formant la couche intermédiaire contient en outre un ou plusieurs des éléments suivants en des quantités allant pour Ni jusqu'à 2,5: Cr jusqu'à 1%, Mo jusqu 1%, Mg jusqu 0,05% des éléments des terres rares jusqu'à 0,05%; Sn jusqu'à 0,3%,et Cu jusqu 12.

11. Chemise de cylindre composite selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée par le fait que la matière formant la couche intermédiaire contient en outre un ou plusieurs des éléments choisis parmi Ti, Al et Zr en une quantité combinée allant jusqu'à 0,1%.