FR2780511A1 - Procede destine a la determination de la forme du graphite dans des fontes a graphite spheroidal et a graphite compacte/vermiculaire - Google Patents
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Abstract
On décrit un procédé destiné à la détermination de la forme du graphite dans des fontes sphéroïdales et compactées/ vermiculaires, comprenant la première étape consistant à recueillir de la fonte fondue, mesurer la quantité d'oxygène dissous dans celle-ci et confirmer l'effet d'une sphéroïdisation ou d'une vermiculation compactée du graphite dans ladite fonte fondue, la seconde étape consistant à mesurer la température d'eutexie de ladite fonte fondue par une analyse thermique, et la troisième étape consistant à comparer ladite température d'eutexie à une température de seuil à laquelle ladite fonte se sépare en une phase à graphite sphéroïdisé à partir d'une phase compactée/ vermiculaire.
Description
PROCEDE DESTINE A LA DETERMINATION DE LA FORME DU
GRAPHITE DANS DES FONTES A GRAPHITE SPHEROIDAL ET A
GRAPHITE COMPACTE/VERMICULAIRE
Cette invention se rapporte à un procédé destiné à la détermination de la forme du graphite dans des fontes à graphite sphéroidal (GS) et à graphite
compacté/vermiculaire (CV).
La forme du graphite dans des fontes dépend des conditions de solidification. En conséquence, il est préférable de déterminer la forme du graphite avant la coulée. Pour la plupart de ces fontes, du graphite existe sous la forme de lamelles (similaires à des flocons d'avoine), de flocons, d'aiguilles, de graphite compacté/vermiculaire (C/V), et analogue. Il suffit, cependant, de connaître l'une des formes de graphite, ou bien la proportion de graphite sphéroidal et de graphite
compacté/vermiculaire (C/V) mélangés dans des fontes.
Pour pouvoir trouver la forme du graphite dans des fontes, habituellement, il existe trois procédés tels que (1) un procédé consistant à utiliser un microscope électronique, dans lequel une portion de fonte en fusion a été recueillie en tant qu'échantillon, et, après solidification de l'échantillon, la surface de l'échantillon est polie et inspectée à l'aide d'un microscope électronique, (2) un procédé consistant à mesurer la vitesse d'une onde ultrasonore passant à travers l'échantillon, et (3) un procédé consistant à
examiner la température d'eutexie de fontes fondues.
Dans ces procédés, le procédé consistant à utiliser un microscope et celui consistant à utiliser des ondes ultrasonores demandent beaucoup de temps pour la recherche, et conduisent à des erreurs importantes. En conséquence, seul le procédé de l'analyse thermique est
pratique et utile.
Cependant, dans le procédé d'analyse thermique, il est nécessaire de sphéroidiser le graphite dans la fonte fondue. Dans le cas o le graphite dans la fonte fondue n'a pas été sphéroidisé, ou bien que l'effet de la sphéroidisation n'est pas montré, des résultats suffisants ne peuvent pas être attendus. Par exemple, même si le graphite dans l'échantillon existe sous la forme de flocons, il existe une forte possibilité qu'il puisse être reconnu comme étant sphéroïdisé ou bien vermiculé. L'addition d'un agent de sphéroidisation à du graphite compacté/vermiculaire (C/V) nécessite une
maîtrise stricte des fontes fondues.
A la lumière de ces problèmes, un principal but de la présente invention est de procurer un procédé novateur pour la détermination de la forme de graphite existant dans de la fonte à graphite sphéroïdal avant la cristallisation. Un autre but de l'invention est de procurer un procédé pour la détermination de la forme de graphite en mesurant la quantité d'oxygène dissous contenu dans une
fonte fondue ainsi que la température d'eutexie de celle-
ci. Encore un autre but de l'invention est de procurer un procédé destiné à estimer la proportion de graphite sphéroidal et de graphite compacté/vermiculaire contenus
dans des fontes fondues grâce à une analyse thermique.
Conformément à l'invention, dans le but d'atteindre les buts ci-dessus, dans la première étape, une portion de la fonte fondue est recueillie dans un récipient d'essai d'échantillon, et ensuite la quantité d'oxygène dissous dans la fonte fondue est mesurée en utilisant un
capteur d'oxygène classique.
A partir de la teneur en oxygène dissous dans la fonte fondue, l'efficacité ou bien l'inefficacité de la sphéroidisation ou de la vermiculation peut être décidée. Lorsque l'effet est reconnu, la température d'eutexie de la fonte fondue peut être mesurée, et il est possible de décider la forme du graphite dans la fonte fondue ainsi que la proportion de graphite sphéroidal et de graphite
compacté/vermiculaire existant dans celle-ci.
Si l'effet ci-dessus n'a pas été reconnu, on décide
que du graphite existe sous la forme de flocons.
La quantité d'oxygène dissous dépend de la température de celle-ci, et la quantité d'oxygène dissous dans celle-ci qui peut être mesurée en utilisant un capteur d'oxygène est principalement influencée de façon
importante par la teneur en silicium de l'échantillon.
Par conséquent, il est impossible de décider de l'effet de la sphéroïdisation du graphite dans la fonte fondue, à partir de la quantité ci-dessus d'oxygène dissous, qui ne peut pas être décidé et, de ce fait, il est préférable d'obtenir la relation entre la quantité d'oxygène dissous et la sphéroïdisation ou bien la
vermiculation compactée.
Si, par exemple, la quantité d'oxygène dissous dans la fonte fondue est inférieure à 1 ppm, l'effet d'un traitement de sphéroidisation ou de compactage/vermiculation sera reconnu, mais si la quantité d'oxygène dissous est supérieure à 2 ppm, le graphite dans la fonte fondue existera sous la forme de flocons (du type A ou D), à partir de quoi l'on considère que l'effet du traitement de compactage/vermiculation
n'est pas montré.
Même si la composition chimique d'une fonte à graphique en flocons (du type A) est identique à celle du type D, il existe de nombreuses différences entre les deux en ce qui concerne l'aptitude à former des noyaux de graphite eutectique. Si un grand nombre de noyaux existent en graphite eutectique, ces noyaux formeront de la fonte à graphite en flocons (du type A), mais si un faible nombre de noyaux existent dans celle-ci, ils formeront une fonte à graphite en flocons (du type B), car l'austénite eutectique dans la fonte fondue se
solidifie en premier lieu.
Si la température d'eutexie de la fonte fondue est supérieure à environ 1 141 C, à laquelle la phase à graphite sphéroidisé se transforme en phase à graphite C/V (cette température est appelée "température de seuil"), la fonte fondue contient une grande quantité de noyaux afin de former du graphite sphéroidal, mais si elle est inférieure à la température de seuil, elle
contient une faible quantité de noyaux.
En conséquence, la température d'eutexie de la fonte fondue dans chacun des échantillons ci-dessus peut être mesurée en utilisant un récipient d'échantillonnage en forme de coupelle. Il est alors possible de décider que si la température d'eutexie de l'échantillon est supérieure à la température de seuil, elle forme de la fonte à graphite sphéroidisé, mais si elle est inférieure à la température de seuil, elle forme de la fonte à
graphite C/V.
Le procédé sera décrit en faisant référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 est une photomicrographie représentant
le type de graphite dans un échantillon N 1.
La figure 2 est une photomicrographie représentant
le type de graphite dans un échantillon N 2.
La figure 3 est une photomicrographie représentant
le type de graphite dans un échantillon N 3.
La figure 4 est une photomicrographie représentant
le type de graphite dans un échantillon N 4.
La figure 5 est un diagramme illustrant une relation entre la quantité d'oxygène dissous et la température d'eutexie de l'échantillon N 4, et La figure 6 est un diagramme illustrant une relation entre la quantité d'oxygène dissous et la température
d'eutexie, obtenue dans la seconde expérimentation.
De manière à confirmer la température de seuil de fontes à graphite, les expérimentations suivantes ont été
menées par les inventeurs.
1 % (en poids) d'un agent de sphéroïdisation, du Fe-
%Si-3%Mg, a été ajouté à de la fonte de première fusion fondue, de composition Fe-35%C-1,4%Si, et le mélange a été maintenu à température constante. Ensuite, les échantillons N 1 à N 4 ont été recueillis toutes les cinq (5) minutes. Des photomicrographies optiques de ces échantillons N 1 à N 4 sont respectivement représentées
sur les figures 1 à 4.
Comme indiqué, la figure 5 illustre la relation entre la quantité d'oxygène dissous et la température
d'eutexie de l'échantillon N 4.
(Expérimentation 1) Dans la première étape, de la fonte Fe-3,2%C-1,7%Si est fondue dans un creuset de graphite en utilisant un four électrique à induction à haute fréquence. Après minutes, la fonte est complètement fondue, et après minutes, la température de la fonte en fusion a atteint 1 500 C, et 2,7 ppm d'oxygène dissous sont
mesurés à l'aide d'un capteur d'oxygène.
A partir de ce qui précède, on considère que la fonte fondue est convertie en fonte à graphite sphéroïdisé ou compacté/vermiculaire, ou bien en fonte de
première fusion blanche.
Dans la seconde étape, 0,2 % de mischmétal est ajouté à la fonte fondue, et 0,7 ppm d'oxygène dissous est mesuré à partir de celle-ci. En conséquence, on décide que la fonte formera de la fonte à graphite sphéroidisé ou bien à graphite C/V, ou bien de la fonte blanche de première fusion. Du mischmétal est ajouté à la fonte fondue pour la raison que si une grande quantité d'oxyde fondu est contenue, il est impossible de reconnaître l'effet de la sphéroidisation ou bien de la
vermiculation compacte.
Dans la troisième étape, deux récipients d'échantillonnage sont utilisés afin de mesurer la
température d'eutexie de la fonte fondue.
Aucun additif n'est utilisé pour le premier récipient d'échantillonnage, mais 0,2 % de mischmétal est ajouté au second récipient. De la fonte fondue est versée
dans les deux récipients d'échantillonnage en même temps.
On constate que la température d'eutexie de la fonte fondue dans les premier et second récipients est identique, à 1 118 C, et, de ce fait, le métal fondu dans les deux récipients est identifié comme étant de la
fonte blanche de première fusion.
Si la température d'eutexie de la fonte fondue est supérieure à celle de la fonte blanche de première fusion et inférieure à 1 141 C, du graphite existe sous la forme de graphite C/V, mais si la température d'eutexie est supérieure à 1 141 C, le graphite existe sous la forme de graphite sphéroidal. En conséquence, on peut définir que 1 141 C est la température de seuil entre les deux, et les compositions chimiques de chaque phase
sont indiquées dans le tableau qui suit.
TABLEAU
Température d'eutexie Quantité d'oxygène dissous Supérieure à 2 ppm Inférieure à 1 ppm Supérieure à 1 141 C Flocons (type A) Graphite sphéroidisé Inférieure à 1 141 C Fonte blanche à Fonte blanche à flocons (type D) graphite C/V Identique à la température Fonte blanche de Fonte blanche de d'eutexie de la fonte première fusion première fusion blanche de première fusion A partir des résultats ci-dessus, on peut décider que du graphite existe sous la forme de graphite C/V dans la fonte fondue contenue dans le second récipient d'échantillonnage utilisé dans l'expérimentation 1. Ainsi, la fonte fondue peut être solidifiée en tant que
fonte à graphite compacté/vermiculaire (C/V).
(Expérimentation 2) Un matériau brut principal constitué de fonte, de ferrailles d'acier et de Fe-75 % poids Si est fondu dans un four électrique à induction à haute fréquence afin de former un alliage Fe-3, 7%C-2,3Si. Le matériau est complètement fondu en 30 minutes, et la température du métal fondu atteint 1 500 C en 40 minutes. A cet instant, on constate que 2,9 ppm d'oxygène sont dissoutes
dans le métal fondu.
Lorsque le métal fondu ci-dessus a été solidifié, du
graphite existe sous la forme de flocons dans celui-ci.
En conséquence, pour pouvoir le convertir en graphite sphéroidal, 1 % d'additif de C/V convenable est ajouté au métal fondu ci-dessus dans la seconde étape. En utilisant un capteur d'oxygène, on trouve que 0,5 ppm d'oxygène
dissous est contenue dans celui-ci.
On constate que lorsque le métal fondu a été solidifié directement, du graphite existe sous la forme
de graphite sphéroidal.
Dans la troisième étape, de la même manière que dans la première expérimentation, aucun additif n'est ajouté au premier récipient d'échantillonnage, et 0,2 % de mischmétal est ajouté au second récipient d'échantillonnage de manière à fixer l'oxygène dans la
fonte fondue versée dans celui-ci.
On constate que la température d'eutexie du métal fondu dans chacun des premier et second récipients est de 1 146 C et 1 110 C. Etant donné que la température d'eutexie de la fonte fondue dans le premier récipient est supérieure à la température de seuil de 1 141 C, on détermine qu'une grande quantité de graphite existe sous la forme de
graphite sphéroïdisé dans celle-ci.
En conséquence, il est possible de définir qu'une grande quantité de graphite sphéroidisé est contenue dans
la fonte fondue.
Claims (6)
1. Procédé destiné à la détermination de la forme du graphite dans des fontes sphéroidales et compactées/vermiculaires comprenant la première étape consistant à recueillir de la fonte fondue, à mesurer la quantité d'oxygène dissous dans celle-ci et à confirmer l'effet de la sphéroïdisation ou de la vermiculation compactée du graphite dans ladite fonte fondue, la seconde étape consistant à mesurer la température d'eutexie de ladite fonte fondue par une analyse thermique, et la troisième étape consistant à comparer ladite température d'eutexie à une température de seuil à laquelle ladite fonte se sépare en une phase à graphite
sphéroidisé et une phase compactée/vermiculaire.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite quantité d'oxygène dissous est mesurée en utilisant un capteur d'oxygène afin de confirmer ledit effet.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit effet est identifié lorsque ladite quantité
d'oxygène dissous est inférieure à 1 ppm.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite température de seuil est de 1 141 C.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans ladite troisième étape, il est défini que ledit graphite existe sous la forme de vermiculation compactée lorsque ladite température d'eutexie est supérieure à
ladite température de seuil.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans ladite troisième étape, il est défini que ledit graphite existe sous la forme d'une vermiculation compactée lorsque ladite température d'eutexie est inférieure à ladite température de seuil, et à la température d'eutexie de la fonte blanche de première fusion.
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