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EMI1.1
PERFECTIONNEMENTS A UNE C0MP0SITI0N 'DESTINEE,à ETR-E;INCORPOREE,ALA FONTE OU A'L ACIER.
La présente invention se rapporte à une composition nouvelle des- tinée au réglage et à l'amélioration des propriétés physiques de la fonte et à d'autres utilisations, telles que le traitement de l'acier en fusion.
On désigne par le terme général "fontes" les fontes grises, les fontes blanches,les fontes coulées en coquille et les fontes malléables. Les propriétés de ces différents métaux dépendent en partie des facteurs chimiques (principalement des pourcentages de carbone et de silicium) et en partie des facteurs physiques les deux étant influencés par les conditions des procédés de fabrication. Cela provient du fait que la fonte est essentiellement le ré- sultat d'un procédé donné et que l'influence des caractéristiques du procédé se répercute sur les qualités du produit. On utilise l'alliage pour modifier les propriétés de certaines fontes; aussi soumet-on certaines fontes, qu'elles soient à l'état d'alliage ou non, à des traitements thermiques pour produire les résultats désirés pour des fontes destinées à des usages particuliers.
La structure physique (c'est-à-dire la nature et la distribution des micro-é- léments), et par conséquent les propriétés du métal sont influencées non seu- lement par ces différents facteurs, mais encore par le réglage de la tempéra- ture maximum qu'atteint le fer en fusion et la vitesse du refroidissement au- tant pendant qu'après la solidification.
On considère parfois la fonte comme étant un matériau ne donnant pas satisfaction comme matériau de construction en raison de sa faible résis- tance et de l'absence de ductilité comparées à celles de l'acier et de cer- tains autres alliages utilisés dans l'industrie mécanique. La fonte est ainsi comparativement toujours décrite comme étant essentiellement cassante, spé- cialement à l'état de fonte brute; on'peut réduire cette fragilité à un faible degré seulement par un traitement à chaud ou alors par des traitements très
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longs et coûteux que l'on applique à des fers entrant dans la gamme des fontes malléables.
La fonte que l'on utilise le plus souvent industriellement dans la construction est cependant la fonte grise, cette désignation se rapportant en réalité à des limites très écartées de compositions dont les propriétés varient largement en rapport. La composition de la fonte grise est générale-; ment comprise entre 0,50 et 2,75 % de silicium et 2,70 et 3,60 % de carbone total. A l'intérieur de ces limites de composition, la résistance à la traction peut varier de 1.050 à 4.200 kg/cm2 et parfois davantage.
Bien qu'une partie du carbone présent dans la fonte grise puisse se trouver combinée sous la forme de carbure de fer, la plus grande partie est présente sous forme élémentaire telle que le graphite. Les quantités relatives de carbone libre et de carbone combiné autant que la forme, les dimensions et la distribution des particules, dépendent de la composition chimique du fer restant et des facteurs décrits ci-dessus, en particulier de la température maximum atteinte à l'état liquide, de la vitesse de refroidissement pendant et après la solidification et du genre de traitement à chaud appliqué, le cas échéant, à la fonte solidifiée.
Les éléments qui interviennent dans la production de la fonte peu- vent ajouter ou nuire à ses propriétés, telles que la résistance à la traction, la ténacité et la ductilité. On maintient, par exemple, la teneur en soufre aussi basse que possible parce que, tout en augmentant quelque peu la résis- tance à la traction de la fonte, il diminue de façon très marquée la ductilité.
Le réglage de la teneur en soufre dépend cependant des matières premières et du procédé, et souvent on ne peut pas la maintenir à un taux très bas parce qu'on ne dispose que de matières premières à teneur élevée en soufre, les frais du raffinage au four électrique étant prohibitifs, et le traitement chi- mique n'étant pas approprié ou suffisamment uniforme. Le phosphore augmente parfois la résistance de la fonte mais la rend facilement cassante en quan- tités importantes.
On a utilisé certains éléments que l'on considère généralement comme formant des alliages pour modifier la structure et les propriétés de la fonte. Dans certains cas, l'addition de ces alliages se traduit par l'a- mélioration d'une des propriétés au détriment de l'autre, par exemple la ré- sistance à la traction peut être augmentée aux dépens de la tenacité du fer qui est réduite, à moins que l'on ait recours à un genre de traitement par la chaleur approprié, susceptible de lui conserver sa ténacité. Dans d'autres cas, l'amélioration de la résistance à la traction s'accompagne d'une réduc- tion de l'aptitude du fer à se laisser travailler; dans certains des cas ci- dessus, le traitement par la chaleur, tel que le recuit, peut rendre au fer l'aptitude à se laisser travailler.
Il est connu que le magnésium incorporé au fer qui donnerait autre- ment la fonte grise ou une fonte analogue contribue à donner à ce fer une ré- sistance élevée et une certaine ductilité. La ductilité s'améliore, dans cer- tains cas, par un traitement de recuit accompagné d'un abaissement relative- ment faible de cette résistance supérieure à la traction.
Cependant, de sérieuses difficultés s'opposèrent aux tentatives de faire du procédé au magnésium un procédé permettant d'obtenir avec certi- tude des fabrications successives en continu d'articles en fer d'une haute résistance à la traction et d'une bonne ductilité en même temps. Le point d' ébullition du magnésium étant considérablement plus bas que les températures de fusion des métaux avec lesquels on le combine de préférence pour préparer des agents d'addition, et inférieur aux températures auxquelles on coule et verse la fonte, occasionne des difficultés extrêmes de réglage de l'utilisa- tion du magnésium à partir de la matière première jusqu'à la fonte terminée.
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Le point débullition du magnésium est situé à environ 1100 Ci) ce qui occasionne des pertes très importantes dues à la vaporisation du mag- nésium lorsqu-on l'introduit dans du cuivre et du nickel en fusion pour produi- re des mélanges d'addition contenant par exemple 20 % de magnésium et 80 % de cuivre, ou 20 % de magnésium et 80 % de nickel. Une autre difficulté se pré- sente lorsqu'on essaie d'introduire du fer dans ces compositions.Le fer constitue un support métallique très approprié lorsqu'il s'agit d'introduire du magnésium dans des alliages de fer, tels que la fonte grise ou l'acier.
L'introduction du fer dans des alliages à base de cuivre ou de nickel mention- nés si=dessus ne fait, cependant, qu'augmenter encore les pertes déjà élevées de magnésium pendant le processusa
Etant donné que la température de la fonte qui s'écoule du cubilot est normalement comprise entre 1260 et 1540 C, il est évident que l'on s'ex- posera à des pertes supplémentaires par vaporisation lorsqu'on ajoute des al- liages de magnésium au fer. Lorsqu'on introduit du magnésium métallique pur dans la fonte à de telles températures de coulée, sa volatilisation peut même prendre un caractère explosif.
Le magnésium continue à se vaporiser tant que le fer est à l'état fondu et le facteur temps combiné avec la réaction ini- tiale violente se traduit par des pertes variables et par un comportement qui sort des limites d'un contrôle technique satisfaisant. L'utilisation d'allia- ges comme agents d'addition tels que les compositions déjà mentionnées de 20% de magnésium et 80 % de cuivre, ou de 20 % de magnésium et de 80 % de nickel, ne permet pas de surmonter ces difficultés de façon satisfaisante.
Lorsque, par exemple de la fonte à laquelle on a incorporé de tels alliages est portée aux températures les plus élevées indiquées ci-dessus,, une réaction violente peut avoir lieu qui entraîne de grandes pertes de magnésium par volatilisation ainsi que des pertes de métal et présente pour le personnel le danger de pro- jection de fonte en fusion. Lorsque d'un autre côté, la température du fer est faible, il se fait une solution incomplète qui se traduit par des ségréga- tions et par la variation à la fois de la structure et des propriétés dans la masse du produit.
Au cours de recherches étendues en vue de la mise au point d'un procédé industriel satisfaisant de production de fonte contenant du magné- sium, dont les propriétés seraient prévisibles et susceptibles d'être repro- duites, la demanderesse a découvert que certaines combinaisons de préférence sous forme d'alliages de magnésium, silicium, cuivre, fer, permettent de sim- plifier le problème ci-dessus de manière inattendue. Ces découvertes consis- tent premièrement en une combinaison particulière déterminée, en ce qui con- cerne les proportions de magnésium, silicium, cuivre et fer, qui augmente sensiblement le rendement du magnésium dans la fabrication d'un agent d'addi- tion lorsqu'on incorpore cet agent à la fonte en fusion. La combinaison des différents effets se traduit par des économies substantielles.
Plus impor- tant encore est le fait que l'on peut obtenir les perfectionnements de la fon- te terminée lorsqu'on utilise les alliages correspondant aux compositions fai- sant l'objet de la présente invention plus facilement avec une bien plus gran- de régularité. Bien que l'on ait produit fréquemment de la fonte dans laquel- le la presque totalité du carbone se trouve sous la forme de particules sphé- roides, il a été très difficile d'obtenir des fontes présentant une struc- ture parfaite dans les conditions de fabrication imposées par les différentes installations et appareils de fusion, les matières premières et les autres conditions de fonderie. Il est possible de se rapprocher beaucoup mieux de la perfection lorsqu'on met en oeuvre les alliages faisant l'objet de la pré- sente description.
Bien que le mécanisme du comportement des compositions magnéesium-silicium-cuivre-fer dans les limites déterminées ci-dessus ne soit pas entièrement éclairci, les résultats obtenus présentent cependant une telle régularité, autant dans la fabrication de l'alliage que dans son utilisation dans la fonte grise sur des quantités importantes produites et dans un grand nombre d'opérations de fonderie différentes, que l'on a pu obtenir un perfec- tionnement sensible de la technique.
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Les limites des teneurs d'une composition qui permettent d'obtenir les avantages mentionnés sont comprises entre 5 et 25 % de magnésium, 20 et 45 % de silicium, 3 et 20 % de cuivre, le complément sensiblement entier étant constitué par 20 % au minimum et 60 % au maximum de fer, sauf les impuretés habituelles et les éléments présents en faible quantité, tels que le carbone, le manganèse, le soufre, le phosphore, etco, dont l'importance ne dépasse généralement pas un total de 5 . Le nickel n'est pas compris parmi ces impuretés en faible quantité ; il se trouve présent dans certaines fontes brutes et dans la plupart des déchets de fer et d'acier,et peut par conséquent être présent dans ces alliages en une quantité allant jusqu'à environ 2 % et ne gêne aucunement le rôle qu'exercent les alliages.
Dans les limites des teneurs de la composition déjà mentionnées, on préfère restreindre les proportions des différents éléments de manière que le taux de silicium par rapport au magnésium ne soit pas inférieur à environ 2 :1 et pas supérieur à environ 6 :1, et de préférence non supérieur à 4,5 : 1, la teneur en magnésium par rapport au cuivre n'étant pas inférieure à 1 2 et pas supérieure à 4 : 1, et de préférence non supérieure à 2,5 : 1. On donne ci-après, à titre non limitatif, trois exemples de compositions comprises entre ces limites déterminantes qui contiennent les proportions préférées des éléments, compositions que l'on a préparées et mises en oeuvre avec succès:.
EMI4.1
1E.l. ? 2 N ¯3
EMI4.2
<tb> Magnésium <SEP> 9,96 <SEP> 9,68 <SEP> 20,35
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 33e97 <SEP> 20,70 <SEP> 29,40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 6,32 <SEP> 19,28 <SEP> Il,42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> complément <SEP> complément <SEP> complément
<tb>
Les avantages particuliers obtenus par une teneur en fer comprise entre 20 et 60 % sont à double effet : le fer augmente le poids spécifique de l'alliage en l'aidant à pénétrer dans le métal en fusion et élève le point de fusion en abaissant ainsi la teneur de solution dans la fonte en fusion et en produisant une distribution plus uniforme à travers la masse.
En plus de sa propriété de fondre trop rapidement en l'absence de fer, le prix de fabrication devient excessif lorsqu'on maintient la teneur en fer en-dessous d' environ 20 %. Lorsqu'au contraire on permet à cette teneur de dépasser 60 %, les pertes en magnésium pendant la fabrication de l'alliage deviennent excessives et très coûteuses et le taux de dissolution d'un tel alliage dans la fonte en fusion est trop faible et, par conséquent, son efficacité est fortement diminuée.
Lorsqu'on met en oeuvre des alliages ayant des compositions situ- ées dans les limites mentionnées, on obtient des résultats supérieurs en ce qui concerne la formation de nodules de graphite dans la fonte et la réduction du retrait de cette fonte en comparaison de ce qu'on pouvait atteindre précédemment avec les alliages les plus connus et les plus utilisés, en particulier celui contenant 80 % de nickel et 20 % de magnésium, en même temps que l'on porte au maximum la résistance à la traction.
On a découvert en outre, de manière inattendue, que le laitier formé sur le fer après l'addition d'agent contenant du magnésium est beaucoup plus fluide lorsqu'on utilise les alliages conformes à la présente invention au lieu des alliages de magnésium connus antérieurement, ce qui évite l'emprisonnement de laitier dans les fontes terminées.
La quantité d'alliage ajoutée à la fonte en fusion que l'on veut mouler sous forme de fonte grise varie avec la nature du fer (selon les matières premières mises en oeuvre et les conditions de traitement pendant la fu-'
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sion), le maximum de température qu'atteint la fonte en fusion, la tempéra- ture à laquelle on procède à l'addition, la teneur en soufre du fer et peut- être d'autres facteurs. En général, l'addition effectuée se rapproche de 0,12% à 0,20 % du magnésium contenu plus une quantité de magnésium contenu égale à 1,5 fois le contenu de soufre du fer.
Les quantités ci-dessus ne constituent pas des quantités fixes, mais peuvent varier selon la composition particuliè- re de l'alliage utilisé aussi bien que selon les différents facteurs qui in- fluencent le caractère de la fonte en fusion, comme il est dit ci-dessus, et le procédé d'introduction de l'alliage dans la fonte en fusion. Ceci, toute- fois, constitue un bon point de départ pour établir la technique d'une fon- derie particulière pendant une technique particulière de fusion pour qu'une quantité limitée d'essais faisant varier l'addition au-dessus et au-dessous, établisse rapidement l'addition optimum nécessaire.
On fixera,' en général, la quantité d'alliage ajoutée de manière que la fonte solidifiée contienne au total de 0,04 à 0910 % de magnésium., et de préférence une quantité comprise entre 0,05 et 0,08 %.
Ces agents d'addition, sous forme d'alliages, présentent encore l'avantage supplémentaire d'augmenter l'utilisation du magnésium autant pendant le procédé de fabrication que pendant leur utilisation dans le traitement de la fonte grise. Les alliages ayant une composition comprise entre les limites ci-dessus présentent les caractéristiques particulières de se dissoudre assez facilement dans la fonte pour être utilisés avec profit aux plus basses tem- pératures de coulée utilisées habituellement, températures qui caractérisent les procédés industriels modernes de fonderie. D'un autre côté, la dissolution est suffisamment lente pour que l'alliage et ses composants se répartissent uniformément dans toute la fusion et on ne perd par le magnésium si rapidement qu'il soit empêché d'exercer son influence dans la masse entière de fonte.
Aucune précaution ni aucune modification supplémentaire de la technique pré- cédente n'est nécessaire,, l'incorporation de l'alliage au fer ou autrement à la fonte grise, de résistance faible ou modérée, étant la seule précaution à observer. La ou les raisons pour lesquelles ces alliages fondent en des pro- portions si précises de manière à être utiles et présenter un effet complet sur une échelle de températures de fusion si large, tout en fondant lentement de manière que tous les ingrédients, et en particulier le magnésium, soient distribués uniformément dans toute la masse de fonte, n'ont pas été déterminées par précision, mais les observations sont suffisamment nombreuses pour être concluantes.
Lorsqu'on incorpore à la fonte des alliages ayant des compositions comprises entre les limites faisant l'objet de la présente invention, on ob- tient des augmentations de la résistance qui se chiffrent à environ 50 % jus- qu'à plus de 100 %. En améliorant les propriétés mécaniques à un degré si élevée les alliages conformes à l'invention régularisent la microstructure de la fonte grise en produisant du graphite nodulaire en quantité nécessaire, production allant en général jusqu'à la conversion complète du carbone sous cette forme.
Les exemples suivants illustrent, à titre non limitatif, l'écono- mie générale du procédé conforme à la présente invention.
Exemple 1
225 kg de fonte sont coulés dans une poche contenant 9 kg d'un alliage ayant la composition suivante :
EMI5.1
<tb> Magnésium <SEP> 5,67 <SEP> %
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 32,82 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 5,80 <SEP> %
<tb>
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Fer b complément
La composition de la fonte, avant et après traitement, par l'alliage ci-dessus, est reportée sur le tableau I.
TABLEAU I
EMI6.1
<tb> Composition <SEP> de <SEP> la <SEP> fonte <SEP> traitée <SEP> ou <SEP> non <SEP> traitée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> Nature <SEP> Carbone <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Mg <SEP> Cu
<tb>
<tb>
<tb> total
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> Non <SEP> 3,77 <SEP> 0,69 <SEP> 1,65 <SEP> 0,11 <SEP> 0,19 <SEP> Néant <SEP> 0,11
<tb>
<tb>
<tb> traitée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> Traitée <SEP> 3,10 <SEP> 0,67 <SEP> 3936 <SEP> 0,01 <SEP> 0,16 <SEP> 0,075 <SEP> 0,38
<tb>
L'amélioration du fer par le traitement par l'alliage fait l'objet du tableau II; on constate que la dureté est grandement,accrue et que la résistance à la traction a plus que triplé.
TABLEAU II
EMI6.2
<tb> Echantillon <SEP> Nature <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Dureté <SEP> Brinell <SEP> Noo
<tb>
<tb> 1 <SEP> Non <SEP> 1.450 <SEP> kg/cm2 <SEP> 186
<tb> traitée
<tb>
<tb> 2 <SEP> Traitée <SEP> 5.212 <SEP> kg/cm2 <SEP> 292
<tb>
<tb> exemple <SEP> 2 <SEP>
<tb>
Dans cet exemple, on prélève des échantillons de fer non traité et de fer traité par un alliage contenant 5,88 % de magnésium, 34, 05 % de silicium et 5,56 % de cuivre, le complément étant du fer, et des échantillons de fer traité après recuit. Les compositions de ces trois échantillons sont reproduites sur le tableau III.
TABLEAU III
EMI6.3
<tb> Echantillon <SEP> Nature <SEP> Carbone <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Mg <SEP> Cu
<tb> total
<tb>
<tb> 3 <SEP> Non <SEP> 3,79 <SEP> 0,78 <SEP> 2,43 <SEP> 0,142 <SEP> 0,20 <SEP> Néant <SEP> 0,09
<tb> traité
<tb>
<tb> 4 <SEP> Traité <SEP> 3,20 <SEP> 0,74 <SEP> 4,15 <SEP> 0,011 <SEP> 0,19 <SEP> 0,092 <SEP> 0,35
<tb>
<tb> 5 <SEP> Traité <SEP> 3,18 <SEP> 0,74 <SEP> 4,22 <SEP> 0,010 <SEP> 0,19 <SEP> 09094 <SEP> 0,35
<tb> et
<tb> recuit
<tb>
Dans ce cas, le fer présente une résistance faible, ce qui peut être dû à sa teneur élevée en silicium et en carbone,, mais après le traitement la résistance a plus que doublé et la dureté est grandement augmentée comme on le voit sur le tableau IV.
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TABLEAU IV
EMI7.1
<tb> Echantillon <SEP> Nature <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Dureté <SEP> Brinell <SEP> No
<tb>
<tb> 3 <SEP> Non <SEP> 1.200 <SEP> kg/cm2 <SEP> 182
<tb> traité
<tb>
<tb> 4 <SEP> Traité <SEP> 30500 <SEP> kg/cm2 <SEP> 280
<tb>
<tb> 5 <SEP> Traité <SEP> 3.670 <SEP> kg/cm2 <SEP> 210
<tb> et
<tb> recuit
<tb>
On doit signaler comme fait important la persistance de la résistance élevée que possède le fer traité par recuit, même lorsque sa dureté est fortement réduite.
En fait, l'expérience effectuée sur une quantité importante de produit montre que, bien qu'à la fois la dureté et la résistance dans les conditions de production de fonte brute soient grandement améliorées par le traitement par l'alliage le recuit réduit cette dureté en général dans la plupart des cas à celle du fer non traité, réduction accompagnée d'une amélioration parallèle des possibilités de se laisser travailler sans perte de résistance.
Exemple 3
Les compositions d'une autre fonte non traitée et de la même fonte après traitement ayant reçu la même addition d'alliage que celle utilisée dans l'exemple 2 sont représentées ci-dessous sur le tableau V.
TABLEAU V
EMI7.2
<tb> Echantillon <SEP> Nature <SEP> Carbone <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Mg <SEP> Cu
<tb> total.
<tb>
<tb>
6 <SEP> Non <SEP> 330 <SEP> oe65 <SEP> 1,61 <SEP> 0,12 <SEP> 0,12 <SEP> néant <SEP> 0,09
<tb> traité
<tb>
<tb> 7 <SEP> Traité <SEP> 2,83 <SEP> 0,60 <SEP> 3,18 <SEP> 0,015 <SEP> 0,12 <SEP> 0,14 <SEP> 0,32
<tb>
Dans ce cas, les échantillons traités et non traités sont soumis à l'essai à l'état de fonte brute.
TABLEAU VI
EMI7.3
<tb> Echantillon <SEP> Nature <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Dureté <SEP> Brinell <SEP> Noo <SEP>
<tb>
<tb> 6 <SEP> Non <SEP> 20350 <SEP> kg/cm2 <SEP> 190
<tb> traité
<tb>
<tb> 7 <SEP> Traité <SEP> 9.700 <SEP> kg/cm2 <SEP> 283
<tb>
Bien que les avantages de la présente invention puissent être obtenus avec des alliages dont la composition est indiquée si-dessus conte- nantp en particulier, de 5 à 25 % de magnéesium, de 20 à 45 % de silicium, de 3 à 20 % de cuivre, de 20 à 60 % de fer, on utilise de préférence des al- liages ayant des compositions comprises entre les limites plus étroites ci- après,
afin de développer les meilleures propriétés avec plus d'avantages économiques
EMI7.4
<tb> magnésium <SEP> 7 <SEP> à <SEP> 14 <SEP> %
<tb>
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EMI8.1
<tb> Silicium <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 38 <SEP> %
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 12 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> 35 <SEP> à <SEP> 55 <SEP> % <SEP>
<tb>
Exemple 4
On utilise un alliage contenant 13, 52 % de magnésium, 33,80 % de silicium, 9,87 % de cuivre, le complément étant du fer, pour le traitement d'une fonte électrique.
L'analyse de la fonte provenant d'un four électrique est la suivante
EMI8.2
<tb> Carbone <SEP> 3,80 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 2,55 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,00 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,15 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,018 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Magnésium <SEP> 0,060 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> complément
<tb>
Les propriétés de la fonte électrique brute et après recuit sont les suivantes :
TABLEAU VII
EMI8.3
<tb> Elasticité <SEP> Résistance <SEP> Allon- <SEP> Striction <SEP> Dureté <SEP> Essai <SEP> au <SEP> choc <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> kg/cm2 <SEP> à <SEP> la <SEP> rup- <SEP> gement <SEP> (%) <SEP> Bri- <SEP> Izod <SEP> kg-m.
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> kg/ <SEP> (%) <SEP> nell
<tb>
<tb> cm2
<tb>
<tb>
<tb> ------------------------------------------------------------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Après <SEP> coulée <SEP> 4.750 <SEP> 6. <SEP> 100 <SEP> 1,5 <SEP> 0 <SEP> 269 <SEP> 5,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Après <SEP> recuit <SEP> 4.300 <SEP> 6. <SEP> 000 <SEP> 3,0 <SEP> 2,5 <SEP> 229 <SEP> 27,7
<tb>
Ces propriétés sont largement supérieures à celles obtenues avec de la fonte électrique ordinaire.
Exemple
On utilise le même alliage que celui de l'exemple 4 pour le traitement de la fonte de cubilot, fonte dont l'analyse après traitement est la suivante :
EMI8.4
<tb> Carbone <SEP> 3,50 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 2,60 <SEP> %
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,15 <SEP> %
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,025 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,015 <SEP> % <SEP>
<tb>
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EMI9.1
<tb> Magnésium <SEP> 0,050 <SEP> %
<tb>
<tb> Fer <SEP> complément
<tb>
Les propriétés que présente la fonte à l'état brut et après recuit sont les suivantes .
TABLEAU VIII
EMI9.2
<tb> Elasticité <SEP> Résistance <SEP> Allongement <SEP> Striction <SEP> Dureté <SEP> Essai <SEP> au <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg/cm2 <SEP> à <SEP> la <SEP> rup- <SEP> % <SEP> % <SEP> Bri- <SEP> choc <SEP> Izod <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> nell <SEP> kg-m.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg/cm2
<tb>
EMI9.3
-------------------.--------..---------------------------------------.-----
EMI9.4
<tb> Après <SEP> coulée <SEP> 3.700 <SEP> 50200 <SEP> 11.0 <SEP> 8,8 <SEP> 187 <SEP> 7,6
<tb>
<tb> Après <SEP> recuit <SEP> 3.420 <SEP> 4.640 <SEP> 1792 <SEP> 1590 <SEP> 163 <SEP> 3994.
<tb>
Les procédés d'échantillonnage et d'analyse habituellement utilisés mettent en évidence, après l'addition des alliages conformes à la présente invention, que la teneur en carbone et en soufre des fers non traités se trouve réduite par le traitement. La réduction du taux de soufre est sans aucun doute due à la combinaison du magnésium avec au moins une partie du soufre et son élimination sous forme de scories ou d'un constituant formant des scories. La raison de la modification de la teneur en carbone n'est pas aussi évidente et il est possible que cette modification soit plus apparente que réelle, étant donné la différence dans la forme et la distribution du carbone, et exige par conséquent la mise en oeuvre d'autres procédés d'échantillonnage et d'analyse que ceux que l'on utilise habituellement.
Jusqu'à présent, on n' a pas encore mis au point ou découvert des procédés entièrement satisfaisants.
Jusqu'à ce jour, il était absolument nécessaire dans la production de fonte que la totalité ou la presque totalité du carbone contenu soit sous forme de particules sphéroïdes afin qu'on puisse y incorporer après l'addition de l'alliage de magnésium une nouvelle addition riche en silicium, telle que
EMI9.5
le ferrosil.icium, dont la quantité était d'ailleurs dans la plupart des cas substantielleo Lorsqu'on utilise les alliages conformes à la présente invention, une telle addition finale de ferrosilicium n'est pas nécessaire et on peut s' en passer dans beaucoup de cas. La quantité de silicium introduite par l'addi- tion des alliages conformes à l'invention est beaucoup plus faible que celle que l'on devait ajouter selon la technique antérieure après l'incorporation de l'alliage de magnésium.
Même dans les cas où l'on procède à une addition fi- nale d'un alliage riche en silicium, la teneur totale en silicium représentée par cette addition ajoutée au silicium déjà contenu, en raison de l'addition
EMI9.6
de l'alliage magnésium-silicium-cuivre-fer, est nettement inférieure à la quan- tité de silicium que l'on ajoutait sous forme de l'addition terminale de fer- ro-silicium dans les procédés de la technique antérieure Lorsqu'on procède à l'addition terminale de ferro-silicium combiné à celle des-alliages conformes à la présente invention,
la quantité maximum de ferrite dans la micro-struc- ture peut être atteinte en utilisant un minimum d'addition de silicium et il ne subsiste qu'une très faible quantité de structure perlitique dans le moule; on réalise par ce moyen un perfectionnement en ce qui concerne les possibilités de travail et la diminution de la consommation d'outils que l'on utilise pour l'usinageo La production d'un fer contenant un minimum de perlite se traduit également par un maximum de ductilité de la composition de fer.
On a également comparé le comportement des alliages contenant ou ne contenant pas les quantités requises de cuivre en ce qui concerne l'usinage et l'utilisation. Le cuivre utilisé dans les limites restreintes indiquées favorise l'usinage des alliages, augmente la stabilité et les caractéristiques de fusibilité et accentue d'une manière significative la régularité
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de la production, tout en améliorant les propriétés de la fonte après traite- ment. En même temps, la teneur en cuivre n'est pas suffisamment élevée pour entraîner lors de la refonte de fer récupéré (têtes de coulée, grilles, etc.) avec de la fonte en gueuse nouvelle ou du déchet de fer nouveau, etc.., un en- richissement indésirable en cuivre dans le produit) enrichissement qui pourrait influencer fâcheusement certaines fontes.
Bien que l'on obtienne des résultats largement satisfaisants dans certains cas, lorsqu'on traite la fonte avec des compositions correspondant aux limites indiquées ci-dessus et ne se trouvant pas sous forme d'alliages mais seulement sous forme de mélanges mécaniques, on obtient des résultats bien meil- leurs lorsqu'on utilise ces compositions sous la forme d'alliages.
On a également incorporé les alliages conformes à l'invention à de l'acier en fusion pour abaisser la teneur en soufre de l'acier. Certains aciers, par exemple, voient baisser ainsi leur teneur en soufre de 0,030 à environ 0,020 % lorsqu'on utilise ces alliages.
Il est bien entendu que la portée de la présente invention n'est aucunement limitée aux modes de réalisation ci-dessus, étant donné que de nom- breuses modifications et variations sont possibles sans que l'on sorte de son cadre.
REVENDICATIONS
1. Composition destinée à être ajoutée à de la fonte ou de l'acier, caractérisée en ce qu'elle contient de 5 à 25 % de magnésium environ, de 20 à 45 % de silicium environ et de 3 à 20 % de cuivre environ, le complément étant constitué presqu'en totalité par du fer, ce fer étant utilisé dans une proportion comprise entre 20 et 60 %.
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EMI1.1
IMPROVEMENTS TO A DESTINED C0MP0SITI0N ', TO ETR-E; INCORPOREE, TO CAST IRON OR TO STEEL.
The present invention relates to a novel composition for controlling and improving the physical properties of cast iron and for other uses, such as the treatment of molten steel.
The general term "cast irons" denotes gray cast irons, white cast irons, shell cast irons and malleable cast irons. The properties of these different metals depend partly on chemical factors (mainly the percentages of carbon and silicon) and partly on physical factors, both of which are influenced by the conditions of the manufacturing processes. This is because smelting is essentially the result of a given process and the influence of process characteristics has repercussions on the qualities of the product. The alloy is used to modify the properties of certain cast irons; therefore, certain cast irons, whether alloyed or not, are subjected to heat treatments to produce the desired results for cast irons intended for particular uses.
The physical structure (i.e. the nature and distribution of microelements), and therefore the properties of the metal, are influenced not only by these different factors, but also by the setting of the temperature. - maximum temperature reached by molten iron and the rate of cooling both during and after solidification.
Cast iron is sometimes considered to be an unsatisfactory material as a building material due to its low strength and lack of ductility compared to that of steel and some other alloys used in iron. mechanical industry. Cast iron is thus comparatively always described as being essentially brittle, especially in the state of pig iron; we can reduce this fragility to a low degree only by a hot treatment or by very
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long and expensive which is applied to irons falling within the range of malleable cast irons.
The cast iron which is most often used industrially in construction is however gray cast iron, this designation actually relating to very wide limits of compositions, the properties of which vary widely in relation. The composition of gray cast iron is general; ment between 0.50 and 2.75% silicon and 2.70 and 3.60% total carbon. Within these compositional limits, the tensile strength can vary from 1,050 to 4,200 kg / cm2 and sometimes more.
Although some of the carbon present in gray cast iron can be found combined in the form of iron carbide, most of it is present in elemental form such as graphite. The relative amounts of free carbon and combined carbon, as well as the shape, size and distribution of the particles, depend on the chemical composition of the remaining iron and the factors described above, especially the maximum temperature reached at the state. liquid, the rate of cooling during and after solidification and the kind of heat treatment applied, if any, to the solidified cast iron.
The elements involved in the production of cast iron can add to or adversely affect its properties, such as tensile strength, toughness and ductility. For example, the sulfur content is kept as low as possible because, while somewhat increasing the tensile strength of the iron, it greatly decreases the ductility.
The adjustment of the sulfur content, however, depends on the raw materials and the process, and often it cannot be kept at a very low rate because only raw materials with a high sulfur content are available, the cost of refining at electric furnace being prohibitive, and the chemical treatment not being appropriate or sufficiently uniform. Phosphorus sometimes increases the strength of cast iron, but makes it easily brittle in large quantities.
Certain elements which are generally considered to form alloys have been used to modify the structure and properties of cast iron. In some cases, the addition of these alloys results in the improvement of one of the properties to the detriment of the other, for example the tensile strength can be increased at the expense of the tenacity of the iron which. is reduced, unless some kind of appropriate heat treatment is used, which may retain its toughness. In other cases, the improvement in tensile strength is accompanied by a reduction in the ability of the iron to work; in some of the above cases, the heat treatment, such as annealing, can restore the iron to workability.
It is known that the magnesium incorporated in iron which would otherwise give gray iron or the like helps to give such iron high strength and some ductility. Ductility is improved, in some cases, by an annealing treatment accompanied by a relatively small decrease in this upper tensile strength.
However, serious difficulties were opposed to attempts to transform the magnesium process into a process capable of obtaining with certainty successive continuous fabrications of iron articles of high tensile strength and good ductility. at the same time. Since the boiling point of magnesium is considerably lower than the melting temperatures of the metals with which it is preferably combined to prepare additives, and lower than the temperatures at which the cast iron is poured and poured, causes extreme difficulties of. adjustment of the use of magnesium from the raw material to the finished melting.
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The boiling point of magnesium is located at about 1100 Ci) which causes very important losses due to the vaporization of magnesium when it is introduced into molten copper and nickel to produce addition mixtures. containing for example 20% magnesium and 80% copper, or 20% magnesium and 80% nickel. Another difficulty arises when attempting to introduce iron into these compositions. Iron is a very suitable metallic support when it comes to introducing magnesium into iron alloys, such as gray cast iron. or steel.
The introduction of iron into the copper or nickel base alloys mentioned above, however, only further increases the already high losses of magnesium during the processa
Since the temperature of the melt flowing out of the cupola is normally 1260-1540 ° C, it is evident that additional vaporization losses will occur when adding alloys of magnesium to iron. When pure metallic magnesium is introduced into the cast iron at such casting temperatures, its volatilization can even take on an explosive character.
The magnesium continues to vaporize as long as the iron is in the molten state and the time factor combined with the violent initial reaction results in varying losses and behavior beyond the limits of satisfactory engineering control. The use of alloys as addition agents such as the already mentioned compositions of 20% magnesium and 80% copper, or 20% magnesium and 80% nickel, does not make it possible to overcome these difficulties. In an acceptable way.
When, for example, cast iron in which such alloys have been incorporated is brought to the highest temperatures indicated above, a violent reaction may take place which results in great losses of magnesium by volatilization as well as losses of metal and presents the danger of molten cast iron spraying for personnel. When, on the other hand, the temperature of the iron is low, an incomplete solution takes place which results in segregation and in the variation of both the structure and the properties in the bulk of the product.
In the course of extensive research with a view to the development of a satisfactory industrial process for the production of cast iron containing magnesium, the properties of which would be predictable and capable of being reproduced, the Applicant has discovered that certain combinations of Preferably in the form of alloys of magnesium, silicon, copper, iron, allow the above problem to be unexpectedly simplified. These findings consist first of all in a particular combination determined in the proportions of magnesium, silicon, copper and iron which substantially increases the yield of magnesium in the manufacture of an additive when added. this agent is incorporated into the molten iron. The combination of the different effects results in substantial savings.
More important still is the fact that the improvements in the finished melt can be obtained when the alloys corresponding to the compositions forming the object of the present invention are used more easily with much greater quantity. regularity. Although cast iron has been frequently produced in which almost all of the carbon is in the form of spheroid particles, it has been very difficult to obtain cast irons with perfect structure under the conditions. production requirements imposed by the various melting plants and equipment, raw materials and other foundry conditions. It is possible to approach perfection much better when the alloys forming the subject of the present description are used.
Although the mechanism of the behavior of the magnesium-silicon-copper-iron compositions within the limits determined above has not been fully elucidated, the results obtained nevertheless exhibit such regularity, both in the manufacture of the alloy and in its use in gray iron in large quantities produced and in a large number of different foundry operations, that a substantial improvement in the technique has been obtained.
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The limits of the contents of a composition which make it possible to obtain the advantages mentioned are between 5 and 25% of magnesium, 20 and 45% of silicon, 3 and 20% of copper, the substantially whole remainder being constituted by 20% au minimum and 60% maximum iron, except the usual impurities and elements present in small quantities, such as carbon, manganese, sulfur, phosphorus, etc., the importance of which does not generally exceed a total of 5. Nickel is not included among these impurities in small quantities; it is found in some pig irons and in most iron and steel scrap, and can therefore be present in these alloys in an amount up to about 2% and does not interfere with the role of alloys.
Within the limits of the contents of the composition already mentioned, it is preferred to restrict the proportions of the various elements so that the ratio of silicon relative to magnesium is not less than approximately 2: 1 and not greater than approximately 6: 1, and of preferably not more than 4.5: 1, the content of magnesium relative to copper being not less than 1 2 and not more than 4: 1, and preferably not more than 2.5: 1. after, without limitation, three examples of compositions between these determining limits which contain the preferred proportions of the elements, compositions which have been prepared and used with success :.
EMI4.1
1E.l. ? 2 N ¯3
EMI4.2
<tb> Magnesium <SEP> 9.96 <SEP> 9.68 <SEP> 20.35
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 33e97 <SEP> 20.70 <SEP> 29.40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Copper <SEP> 6.32 <SEP> 19.28 <SEP> Il, 42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> complement <SEP> complement <SEP> complement
<tb>
The particular advantages obtained by an iron content of between 20 and 60% have a double effect: the iron increases the specific weight of the alloy by helping it to penetrate into the molten metal and raises the melting point thereby lowering content of solution in the molten iron and producing a more uniform distribution throughout the mass.
In addition to its property of melting too quickly in the absence of iron, the cost of manufacture becomes excessive when the iron content is kept below about 20%. When, on the contrary, this content is allowed to exceed 60%, the magnesium losses during the manufacture of the alloy become excessive and very expensive and the rate of dissolution of such an alloy in the molten iron is too low and, therefore, its effectiveness is greatly reduced.
When using alloys having compositions within the stated limits, superior results are obtained with regard to the formation of graphite nodules in the cast iron and the reduction in shrinkage of this cast iron compared to 'one could previously achieve with the best known and most used alloys, in particular that containing 80% nickel and 20% magnesium, at the same time that the tensile strength is maximized.
It has further been unexpectedly found that the slag formed on iron after the addition of the magnesium-containing agent is much more fluid when using the alloys according to the present invention instead of the previously known magnesium alloys. , which avoids the imprisonment of slag in the finished casts.
The quantity of alloy added to the molten iron which is to be cast in the form of gray iron varies with the nature of the iron (depending on the raw materials used and the treatment conditions during the fu- '
<Desc / Clms Page number 5>
ion), the maximum temperature the molten iron reaches, the temperature at which the addition is made, the sulfur content of the iron, and possibly other factors. In general, the addition made approximates 0.12% to 0.20% of the magnesium contained plus an amount of magnesium contained equal to 1.5 times the sulfur content of the iron.
The above amounts are not fixed amounts, but may vary depending on the particular composition of the alloy used as well as on the various factors which influence the character of the molten iron, as stated above. above, and the method of introducing the alloy into the molten iron. This, however, is a good starting point for establishing the technique of a particular foundry during a particular melting technique so that a limited amount of testing varying the addition above and below. , quickly establish the optimum addition required.
In general, the amount of alloy added will be set so that the solidified cast iron contains a total of 0.04 to 0910% magnesium, and preferably an amount between 0.05 and 0.08%.
These addition agents, in the form of alloys, have the additional advantage of increasing the use of magnesium both during the manufacturing process and during their use in the treatment of gray iron. Alloys having a composition within the above limits exhibit the peculiar characteristics of dissolving readily enough in cast iron to be used with profit at the lower casting temperatures usually employed, temperatures which characterize modern industrial foundry processes. On the other hand, the dissolution is slow enough so that the alloy and its components are distributed evenly throughout the melt and the magnesium is not lost so quickly that it is prevented from exerting its influence in the entire mass of melting.
No precaution or further modification of the foregoing technique is necessary, the incorporation of the alloy into iron or otherwise gray cast iron, of low or moderate strength, being the only precaution to be observed. The reason (s) why these alloys melt in such precise proportions as to be useful and have a full effect over such a wide range of melting temperatures, while slowly melting so that all ingredients, and in particular magnesium, are distributed evenly throughout the mass of cast iron, have not been determined with precision, but the observations are numerous enough to be conclusive.
When alloys having compositions within the limits which are the subject of the present invention are incorporated into the melting, increases in strength are obtained which range from about 50% to more than 100%. . By improving the mechanical properties to such a high degree the alloys according to the invention regularize the microstructure of gray iron by producing nodular graphite in the necessary quantity, production generally going as far as the complete conversion of carbon in this form.
The following examples illustrate, without limitation, the general economy of the process according to the present invention.
Example 1
225 kg of cast iron are poured into a ladle containing 9 kg of an alloy having the following composition:
EMI5.1
<tb> Magnesium <SEP> 5.67 <SEP>%
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 32.82 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb> Copper <SEP> 5.80 <SEP>%
<tb>
<Desc / Clms Page number 6>
Iron b complement
The composition of the cast iron, before and after treatment, with the above alloy, is shown in Table I.
TABLE I
EMI6.1
<tb> Composition <SEP> of <SEP> the <SEP> font <SEP> processed <SEP> or <SEP> not <SEP> processed
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sample <SEP> Nature <SEP> Carbon <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Mg <SEP> Cu
<tb>
<tb>
<tb> total
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> No <SEP> 3.77 <SEP> 0.69 <SEP> 1.65 <SEP> 0.11 <SEP> 0.19 <SEP> None <SEP> 0.11
<tb>
<tb>
<tb> processed
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> Treated <SEP> 3.10 <SEP> 0.67 <SEP> 3936 <SEP> 0.01 <SEP> 0.16 <SEP> 0.075 <SEP> 0.38
<tb>
The improvement of iron by the treatment with the alloy is the subject of Table II; it is found that the hardness is greatly increased and that the tensile strength has more than tripled.
TABLE II
EMI6.2
<tb> Sample <SEP> Nature <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> Hardness <SEP> Brinell <SEP> Noo
<tb>
<tb> 1 <SEP> No <SEP> 1.450 <SEP> kg / cm2 <SEP> 186
<tb> processed
<tb>
<tb> 2 <SEP> Treated <SEP> 5.212 <SEP> kg / cm2 <SEP> 292
<tb>
<tb> example <SEP> 2 <SEP>
<tb>
In this example, samples are taken of untreated iron and iron treated with an alloy containing 5.88% magnesium, 34.05% silicon and 5.56% copper, the remainder being iron, and samples of treated iron after annealing. The compositions of these three samples are shown in Table III.
TABLE III
EMI6.3
<tb> Sample <SEP> Nature <SEP> Carbon <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Mg <SEP> Cu
<tb> total
<tb>
<tb> 3 <SEP> No <SEP> 3.79 <SEP> 0.78 <SEP> 2.43 <SEP> 0.142 <SEP> 0.20 <SEP> None <SEP> 0.09
<tb> processed
<tb>
<tb> 4 <SEP> Treated <SEP> 3.20 <SEP> 0.74 <SEP> 4.15 <SEP> 0.011 <SEP> 0.19 <SEP> 0.092 <SEP> 0.35
<tb>
<tb> 5 <SEP> Processed <SEP> 3.18 <SEP> 0.74 <SEP> 4.22 <SEP> 0.010 <SEP> 0.19 <SEP> 09094 <SEP> 0.35
<tb> and
<tb> annealed
<tb>
In this case, the iron has low strength, which may be due to its high silicon and carbon content, but after processing the strength more than doubled and the hardness is greatly increased as seen in the table. IV.
<Desc / Clms Page number 7>
TABLE IV
EMI7.1
<tb> Sample <SEP> Nature <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> Hardness <SEP> Brinell <SEP> No
<tb>
<tb> 3 <SEP> No <SEP> 1.200 <SEP> kg / cm2 <SEP> 182
<tb> processed
<tb>
<tb> 4 <SEP> Treated <SEP> 30500 <SEP> kg / cm2 <SEP> 280
<tb>
<tb> 5 <SEP> Treated <SEP> 3.670 <SEP> kg / cm2 <SEP> 210
<tb> and
<tb> annealed
<tb>
An important fact is the persistence of the high strength possessed by annealed iron, even when its hardness is greatly reduced.
In fact, experience with a large amount of product shows that although both hardness and strength under the conditions of pig iron production are greatly improved by the treatment with the alloy, annealing reduces this hardness. in general in most cases to that of untreated iron, reduction accompanied by a parallel improvement in the possibilities of being allowed to work without loss of resistance.
Example 3
The compositions of another untreated cast iron and of the same cast iron after treatment having received the same alloy addition as that used in Example 2 are shown below in Table V.
TABLE V
EMI7.2
<tb> Sample <SEP> Nature <SEP> Carbon <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Mg <SEP> Cu
<tb> total.
<tb>
<tb>
6 <SEP> No <SEP> 330 <SEP> oe65 <SEP> 1.61 <SEP> 0.12 <SEP> 0.12 <SEP> none <SEP> 0.09
<tb> processed
<tb>
<tb> 7 <SEP> Treated <SEP> 2.83 <SEP> 0.60 <SEP> 3.18 <SEP> 0.015 <SEP> 0.12 <SEP> 0.14 <SEP> 0.32
<tb>
In this case, the treated and untreated samples are subjected to the test as pig iron.
TABLE VI
EMI7.3
<tb> Sample <SEP> Nature <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> Hardness <SEP> Brinell <SEP> Noo <SEP>
<tb>
<tb> 6 <SEP> No <SEP> 20350 <SEP> kg / cm2 <SEP> 190
<tb> processed
<tb>
<tb> 7 <SEP> Treated <SEP> 9.700 <SEP> kg / cm2 <SEP> 283
<tb>
Although the advantages of the present invention can be obtained with alloys whose composition is indicated above containing, in particular, 5 to 25% magnesium, 20 to 45% silicon, 3 to 20% magnesium. copper, 20 to 60% iron, preferably alloys having compositions between the narrower limits below are used,
in order to develop the best properties with more economic advantages
EMI7.4
<tb> magnesium <SEP> 7 <SEP> to <SEP> 14 <SEP>%
<tb>
<Desc / Clms Page number 8>
EMI8.1
<tb> Silicon <SEP> 25 <SEP> to <SEP> 38 <SEP>%
<tb>
<tb> Copper <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 12 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> 35 <SEP> to <SEP> 55 <SEP>% <SEP>
<tb>
Example 4
An alloy containing 13.52% magnesium, 33.80% silicon, 9.87% copper, the remainder being iron, is used for the treatment of electric melting.
The analysis of cast iron from an electric furnace is as follows
EMI8.2
<tb> Carbon <SEP> 3,80 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 2.55 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.00 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.15 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.018 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Magnesium <SEP> 0.060 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> complement
<tb>
The properties of rough and after annealing electric cast iron are as follows:
TABLE VII
EMI8.3
<tb> Elasticity <SEP> Resistance <SEP> Allon- <SEP> Striction <SEP> Hardness <SEP> Test <SEP> at <SEP> impact <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> kg / cm2 <SEP> to <SEP> the <SEP> rup- <SEP> gement <SEP> (%) <SEP> Bri- <SEP> Izod <SEP> kg-m.
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> kg / <SEP> (%) <SEP> nell
<tb>
<tb> cm2
<tb>
<tb>
<tb> ----------------------------------------------- -------------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> After <SEP> casting <SEP> 4.750 <SEP> 6. <SEP> 100 <SEP> 1.5 <SEP> 0 <SEP> 269 <SEP> 5.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> After <SEP> annealing <SEP> 4.300 <SEP> 6. <SEP> 000 <SEP> 3.0 <SEP> 2.5 <SEP> 229 <SEP> 27.7
<tb>
These properties are far superior to those obtained with ordinary electric cast iron.
Example
The same alloy as that of Example 4 is used for the treatment of cupola pig iron, the analysis of which after treatment is as follows:
EMI8.4
<tb> Carbon <SEP> 3.50 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 2.60 <SEP>%
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 0.15 <SEP>%
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.025 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.015 <SEP>% <SEP>
<tb>
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb> Magnesium <SEP> 0.050 <SEP>%
<tb>
<tb> Iron <SEP> complement
<tb>
The properties exhibited by cast iron in the raw state and after annealing are as follows.
TABLE VIII
EMI9.2
<tb> Elasticity <SEP> Resistance <SEP> Elongation <SEP> Striction <SEP> Hardness <SEP> Test <SEP> at <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg / cm2 <SEP> at <SEP> the <SEP> rup- <SEP>% <SEP>% <SEP> Bri- <SEP> shock <SEP> Izod <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> nell <SEP> kg-m.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg / cm2
<tb>
EMI9.3
-------------------. -------- ..-------------------- -------------------.-----
EMI9.4
<tb> After <SEP> casting <SEP> 3.700 <SEP> 50200 <SEP> 11.0 <SEP> 8.8 <SEP> 187 <SEP> 7.6
<tb>
<tb> After <SEP> annealing <SEP> 3.420 <SEP> 4.640 <SEP> 1792 <SEP> 1590 <SEP> 163 <SEP> 3994.
<tb>
The sampling and analysis methods usually used show, after the addition of the alloys in accordance with the present invention, that the carbon and sulfur content of the untreated irons is reduced by the treatment. The reduction in the sulfur level is undoubtedly due to the combination of magnesium with at least part of the sulfur and its removal as slag or a slag forming component. The reason for the change in carbon content is not so obvious and it is possible that this change is more apparent than real, given the difference in the shape and distribution of carbon, and therefore requires implementation. sampling and analysis methods other than those usually used.
Heretofore, completely satisfactory methods have not yet been developed or discovered.
Until now, it was absolutely necessary in the production of pig iron that all or almost all of the carbon contained be in the form of spheroid particles so that after the addition of the magnesium alloy a new addition rich in silicon, such as
EMI9.5
ferrosilicon, the amount of which was moreover in most cases substantial. When the alloys according to the present invention are used, such a final addition of ferrosilicon is not necessary and can be dispensed with in many cases. of cases. The amount of silicon introduced by the addition of the alloys according to the invention is much smaller than that which had to be added according to the prior art after the incorporation of the magnesium alloy.
Even in cases where a final addition of a silicon-rich alloy is made, the total silicon content represented by this addition added to the silicon already contained, due to the addition
EMI9.6
of the magnesium-silicon-copper-iron alloy is significantly less than the amount of silicon that was added as the terminal addition of ferrosilicon in the prior art processes. carries out the terminal addition of ferro-silicon combined with that of the alloys in accordance with the present invention,
the maximum amount of ferrite in the microstructure can be achieved using a minimum of addition of silicon and only a very small amount of pearlite structure remains in the mold; by this means an improvement is achieved with regard to the working possibilities and the reduction in the consumption of tools which are used for machining o The production of an iron containing a minimum of perlite also results in a maximum ductility of the iron composition.
The behavior of alloys containing or not containing the required quantities of copper with regard to machining and use was also compared. Copper used within the limited limits indicated promotes machining of alloys, increases stability and meltability characteristics and significantly enhances regularity
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production, while improving the properties of the cast iron after processing. At the same time, the copper content is not high enough to result when remelting recovered iron (casting heads, grates, etc.) with new pig iron or new scrap iron, etc. , an unwanted copper enrichment in the product) enrichment which could adversely affect certain cast irons.
Although largely satisfactory results are obtained in certain cases, when the iron is treated with compositions corresponding to the limits indicated above and which are not in the form of alloys but only in the form of mechanical mixtures, one obtains much better results when these compositions are used in the form of alloys.
The alloys according to the invention have also been incorporated into molten steel in order to lower the sulfur content of the steel. Some steels, for example, see their sulfur content drop from 0.030 to about 0.020% when using these alloys.
It is understood that the scope of the present invention is in no way limited to the above embodiments, since many modifications and variations are possible without going beyond its scope.
CLAIMS
1. Composition intended to be added to cast iron or steel, characterized in that it contains from 5 to 25% of magnesium approximately, from 20 to 45% of silicon approximately and from 3 to 20% of copper approximately , the remainder consisting almost entirely of iron, this iron being used in a proportion of between 20 and 60%.