<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements apportés à la fabrication de pièces en fonte de fer
Les fontes de fer peuvent être divisées en deux types, à . savoir les fontes blanches et les fontes grises. Dans les fontes blanches, tout le carbone se trouve sous la forme combinée, à l'état de carbure de fer (Fe3C), appelé parfois cémentite. Dans les fontes grises, la composition métallique peut contenir une certaine quantité de carbone combiné, mais la plupart du carbone existe à l'état libre, comme graphite.
Lorsque la teneur en car- bone combiné de la fonte grise dépasse environ 0,7% - 1,3% (selon
<Desc/Clms Page number 2>
sa composition, la grandeur de la section, etc.) une certaine quantité du graphite est remplacée par du carbone a l'état combi- né, visible sous le microscope comme des étendues de carbure de fer. Une telle fonte est dite truitée, à cause des taches blan- ches dans la cassure grise de la matière.
En général, les fontes grises sont plus douces que des fontes truitées, lesquelles sont, à leur tour, plus douées que les fontes blanches. Les fontes truitées sont utiles pour cer- tains usages commerciaux, spécialement lorsque la matière doit présenter une bonne résistance à l'usure et à l'abrasion, ainsi qu'une certaine résistance aux chocs et une certaine facilité d'usinage. La production de fontes truitées est difficile à réaliser dans la fonderie, puisque de faibles modifications de la composition ou des conditions de coulée peuvent provoquer la solidification de la fonte sous la forme d'une fonte entièrement blanche ou entièrement grise.
Par ailleurs, dans le cas de piè- ces coulées comportant des sections de grandeurs différentes, les sections minces seront blanches et les sections épaisses seront grises, tandis que seules les sections moyennes seront truitées.
Une autre difficulté résulte du fait que, dans une section déter- minée, l'intensité du truitage variera du bord vers le centre, où il devient moins prononcé.
La présente invention a pour objet de permettre l'obtention d'une structure truitée uniformément dans toute l'étendue d'une section donnée, ainsi que dans différentes sections de la même pièce coulée, sans devoir recourir au traitement thermique de la pièce. Dans ce but, l'invention prévoit l'addition simultanée au métal fondu, avant la coulée, d'un agent de stabilisation du carbure, constitué par un alliage contenant du bore, et d'un agent de graphitisation. Par "agent de graphitisation'', il faut enten- dre une addition tendant à rendre la fonte grise. Une telle addition peut être constituée de ferrosilicium ou de métal sili- ceux, ou tout autre alliage contenant une forte proportion de
<Desc/Clms Page number 3>
silicium, ou d'aluminium, ou de graphite, ou de carbure de sili- cium, ou toute combinaison appropriée de ceux-ci.
Comme addition de stabilisation du carbure, il est fait usage d'un composé ou d'un alliage contenant du bore. Il a été constaté que de bonnes additions contenant du bore sont le carbure de bore (BC),. le ferro-bore commercial, l'alliage bore-manganèse, l'alliage cui- vre-bore, l'alliage nickel-bore, le borax ou le trioxyde de bore.
Pour ce qui concerne l'addition graphitisante, les meilleurs résultats ont été obtenus avec le ferro-silicium ou l'aluminium.
Ces additions donnent des structures à caractéristiques différen- tes, qui seront décrites ci-après. Pour l'addition du bore, les meilleurs résultats sont obtenus avec le carbure de bore (BC), le ferro-bore, boro-manganèse, cupro-bore et nickel-bore. En utilisant deux-ci, il est possible de faire une addition contrô- lée de bore au fer, avec la certitude de sa dissolution. Des additions de borax et/ou de trioxyde de bore au métal fondu per- mettront la dissolution du bore dans le fer, mais le processus est difficile à contrôler.
Dans le cas de ferro-silicium, graphite, ferro-bore, boro- manganèse, cupro-bore, et nickel-bore, la matière additionnée doit se trouver à l'état de poudre. Lorsqu'on utilise une addi- tion d'aluminium, celui-ci peut se trouver à l'état de morceaux ou de copeaux. On peut employer du ferro-silicium à toutes pro- portions d'alliage, mais celui contenant 70-80% de silicium est employé de préférence. La présence d'aluminium, de zirconium et de titane dans le ferro-silicium n'est en aucune façon préjudicia- ble et cette présence renforcera même l'action graphitisante de l'addition.
L'addition est préparée en mélangeant des quantités appro- priées de l'addition graphitisante et de l'addition contenant du bore ; les proportions relatives et la quantité totale des deux additions'dépendant de la composition de la fonte et de la grandeur
<Desc/Clms Page number 4>
de la section des pièces à couler. Pour la facilité de manuten- tion, les deux additions peuvent être mélangées et liées entre elles à l'aide de verre soluble, la manière de procéder consistant à mélanger à l'addition finement moulue avec une quantité juste suffisante de verre soluble pour permettre le moulage de la matiè- re en forme de briquette. Cette briquette peut alors être séchée dans l'air à. la température arnbiante, ou à n'importe quelle tém- pérature ne dépassant pas 2000 C.
Si des additions du composé ou alliage contenant du bore sont faites simultanément avec une addition de ferro-silicium ou d'un alliage contenant du silicium, on produit un réseau unifor- mément réparti et finement disséminé de carbure de fer. Ce type de truitage est utile pour la production de pièces mécaniques coulées qui doivent posséder une meilleure résistance à l'usure, ainsi qu'une certaine facilité d'usinage, telles que'des pièces pour des paliers.
Dans un exemple, à une fonte ayant, avant le traitement, la composition suivante (en plus du fer),
EMI4.1
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 3,08%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,98%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,50%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,043%
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,031%
<tb>
on a ajouté suffisamment de ferro-silicium (contenant 78% de silicium) pour produire une augmentation de 0,5 % du silicium dans le métal final, et suffisamment de carbure de bore pour don- ner une teneur en bore de 0,1 %. Ces additions ont eu pour effet de donner, dans.une barre coulée ayant un diamètre d'environ 1 pouce, une structure uniformément truitée sur toute l'étendue de la section transversale de la barre.
En l'absence des dites additions, la section transversale montrait que la fonte grise prédominait dans le centre de la barre, tandis que la fonte
<Desc/Clms Page number 5>
blanche prédominait près de la surface.
Dans un autre exemple, à une fonte ayant, avant le traite- ment, la'composition suivante, en plus du fer,
EMI5.1
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 3,15%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 1,5%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,62%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,029%
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,029%
<tb>
on a ajouté suffisamment de ferro-silicium (78% de silicium) pour augnenter de 0,5 % la teneur en silicium du métal, et suffisamment de carbure de bore pour donner une teneur en bore de 0,2 %. Dans une barre d'environ 1 pouce de diamètre, coulée en métal non trai- té, il n'y avait pas de carbure visible dans la section transver- sale, mais dans une barre de la même dimension,, coulée en métal traité comme indiqué, la section transversale montrait du carbure à l'état uniformément réparti dans la section.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un truitage finement dispersé dans toutes les dimensions de section transver- sale et. ce pour des compositions variant dans de larges limites.
Ainsi par exemple, une fonte traitée avec 0,5 % de silicium sous la forme de ferro-silicium à 80 %, et avec 0,2% de bore sous la forme de carbure de bore, laquelle fonte avait, en plus du fer, la composition suivante,
EMI5.2
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 2,95%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 1,92%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,58%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,03%
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,03%
<tb>
montrait un truitage uniformément réparti dans une section trans- versale de 3 pouces de diamètre.
La présénce de phosphore n'influence pas l'efficacité du. traitement, mais les proportions relatives de l'addition graphiti-
<Desc/Clms Page number 6>
sante et de l'addition stabilisant le carbure doivent être va- riées en fonction de la composition de la fonte. Des fontes conte- nant une proportion relativement plus élevée d'éléments graphiti- sants, tels que carbone, silicium, nickel ou cuivre, demanaeront des ajoutes relativement plus faibles de l'addition graphitisante et des ajoutes relativement plus grandes de l'addition contenant du bore.
Des fontes contenant de faibles quantités des éléments graphitisants et/ou contenant des éléments additionnels de sta- bilisation du carbure, tels que soufre, chrome, molybdène et vana- dium, demanderont relativement plus de l'agent graphitisant et relativement moins de l'addition contenant du bore.
Les microstructures de fontes traitées simultanément avec une addition de ferro-silicium (ou une ajoute d'un alliage simi- laire) et avec une addition contenant du bore, montrent une dis- tribution irrégulière de paillettes de graphite dans une structu- re de perlite, avec des surfaces uniformément réparties ae carbu- res de fer, pour des compositions normales de fonte grise.
Des fontes présentant le truitage finement dispersé décrit ci-dessus, conviennent spécialement pour des pièces coulées devant posséder une certaine facilité d'usinage. Dans beaucoup de cas, toutefois, cette condition n'est pas importante et l'on recherche plutôt une fonte truitée tenace et résistant à l'abrasion. Afin d'atteindre ce but, on utilise une addition combinée d'un alliage contenant du bore et d'aluminium, pour la production d'un fort truitage à propriétés uniformes sur toute l'étendue de la section.
Ainsi par exemple, une fonte ayant, avant traitement, la com- position suivante, en plus du fer,
EMI6.1
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 3,27%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 1,47%
<tb>
<tb> Ianganè <SEP> se <SEP> 0,78%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,025%
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,39%
<tb>
a été traitée par l'addition simultanée de suffisamment de
<Desc/Clms Page number 7>
ferrobore pour donner une teneur en bore de 0,2%, et de 0,15% d'aluminium en forme de copeaux. La fonte ainsi obtenue présen- tait une section fortement et uniformément truitée, et était utile pour la production de pièces coulées possédant une bonne résistanceà à l'abrasion, combinée avec de la ténacité, tel qu'il conviendrait, par exemple, pour la fabrication de bacs à polir, racloirs et par- ties de concasseurs.
Les additions combinées d'agents graphitisants et d'un al- liage contenant du bore, conformément à la présente invention, doivent être ajoutées au métal en fusion, à un moment quelconque avant la coulée. Cela se ferait au mieux lorsque le métal se trouve dans la poche de 'coulée, bien que,' si le métal est main- tenu dans un four à réservoir, tel qu'un four électrique ou un four rotatif, l'addition puisse être faite avant le soutirage dans la poche. Les additions ne doivent pas être faites à, la charge, si le métal est fondu au cubilot.
Grâce à la présente invention, la production d'une fonte uniformément truitée peut être obtenue sans l'application d'un traitement thermique subséquent, et dans la plupart des cas sans aucune altération de la composition chimique fondamentale de la matière. De plus, la production de fonte truitée selon l'in- vention ne gêne pas l'utilisation ou l'addition simultanée d'au- tres éléments d'alliage qui peuvent être nécessaires pour donner d'autres propriétés spéciales aux pièces coulées. Elle n'exerce pas non plus une influence défavorable sur la fluidité et les propriétés générales de fonderie de la fonte, et un métal traité comme décrit ci-dessus peut être manipulé et déversé en appliquant les mêmes méthodes que celles utilisées pour la fabrication de pièces coulées ordinaires en fonte grise.
.REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.