Brevet FR2007780A1 — publié le 19700109

i 2007780 L'invention est relative à la production d'une fonte brute contenant une variété particulière de graphite dite graphite vermiculaire. Ce vocable est utilisé ici dans le sens précisé par C.K. Donoho : Modem Castings (Juillet 1961) , pages 5 65 à 71. On désigne du nom de fonte grise, une fonte brute contenant, distribué d'une manière désordonnée, du graphite lamellaire. La fonte grise a de nombreux avantages. Elle est surtout 10 facile à mouler, car elle posède une bonne coulabilité et n'a presque aucune tendance à la formation de retirures. Son inconvénient est sa faible ténacité qui trouve sa cause dans la forme irrégulière et en partie ramifiée du graphite lamellaire. Une fonte brute au graphite sphéroïdal présente des propriétés mé-15 caniques essentiellement meilleures, en particulier, une meilleure ténacité. Mais ses caractéristiques de moulage sont plus mauvaises que pour la fonte grise. Sa coulabilité est inférieure et sa tendance à former des retirures exige une technique de moulage particulière. D'autre part, la fonte brute au graphite 20 sphéroïdal a une capacité d'amortissement plus mauvaise que la fonte grise. On sait qu'en ajoutant par exemple du magnésium, on arrive à préparer une fonte au graphite sphéroïdal à partir d'une fonte brute dépourvue de certains éléments parasites. On sait depuis longtemps qu'en dehors du graphite lamel-25 laire et du graphite sphéroïdal, le graphite peut prendre dans la fonte brute différentes autres formes. Des directives de l'A.S.T.M., ainsi que des recommandations de l'association allemande des techniciens de la fonderie (Verein Deutscher Giessereifa-chleute ) permettent de caractériser la variété du graphite. 30 On a observé qu'au cours d'une production défectueuse de fonte au graphite sphéroïdal, il pouvait se former, entre autres, une variété de graphite que C.K. Donoho a désigné du nom de graphite vermiculaire. Dans les directives de l'association allemande des techniciens de la fonderie, cette variété a été désignée 35 du nom de graphite P, tandis que Donoho, dans sa publication précitée lui a affecté la référence III. Ce graphite vermiculaire se compose de très courtes lamelles de graphite arrondies, ramassées et le plus souvent dépourvues de ramifications qui présentent des écartements mutuels plus grands que ceux auxquels on 40 est habitué avec le graphite lamellaire. 14047 2 2007780 Longtemps, on a considéré l'apparition de cette variété de graphite comme seulement gênante, parce qu'elle se produisait toujours lorsque, pour la préparation de fonte brute au graphite sphéroïdal, on travaillait avec trop peu de magnésium ou lors-5 qu'on se trouvait en présence d'éléments qui perturbent la formation des sphérules de graphite. Ce n'est que depuis peu de temps qu'on a commencé à reconnaître qu'il pouvait être avantageux de chercher à préparer systématiquement une fonte brute contenant ce graphite vermiculaire. Différents inconvénients in-10 hérents à la technique de moulage, tels que ceux présentés par la fonte au graphite sphéroïdal, se•trouvaient presque complètement éliminés. Ses caractéristiques de résistance mécanique se situent entre celles de la fonte grise et celles de la fonte au graphite sphéroïdal. Les exemples cités ici le montrent également 15 En outre, la capacité d'amortissement de la fonte brute au graphite vermiculaire se rapproche plus de celle de la fonte grise que de celle de la fonte au graphite sphéroïdal. Sa conductibilité thermique se situe également entre celles de ces deux variétés de fonte brute. 20 Par le brevet anglais n* 1.069.058 (International Nickel Ltd), on sait préparer de la fonte au graphite vermiculaire en ajoutant simultanément de faibles quantités du groupe de magnésium, de titane et de métaux des terres rares. On procède volontairement ainsi comme auparavant pour la préparation 25 de fonte au graphite sphéroïdal, mais on ajoute des quantités insuffisantes- de magnésium de métaux du groupe des terres rares et en plus de titane en tant qu'élément parasite. Le procédé conforme à l'invention pour la préparation de fonte brute au graphite vermiculaire consiste à ajouter à une 30 fonte brute désoxydée et désulfurée 0,03 à 0,10% en poids de métaux du groupe des terres rares, de préférence environ 0,05% en poids. Le calcium convient particulièrement bien pour la désulfuration. Le sulfure de calcium se scorifie très facilement, de 35 sorte que le fer se trouve effectivement débarrassé de son soufre On peut ainsi arriver à des teneurs en soufre inférieures à 0,002%. Ce genre de désulfuration est décrit dans le brevet autrichien n° 263.833. De même F. Kraemer, J. Notz et K. Rohrig décrivent dans le revue '!Giesserei" 55 (1968) 7, pages 145 à 40 149, un procédé technique éprouvé conduisant à une désulfuration 14047 3 2007780 très poussée de la fonte brute en utilisant du carbure de calcium. Dans les procédés de désulfuration utilisant d'autres produits, par exemple le magnésium, une fraction considérable des sulfures demeure au contraire dans le fer. Pendant le mijotage 5 du bain ou la refusion de la fonte brute, le soufre des sulfures peut être mis en liberté par réaction avec l'oxygène et il en résulte une resulfuration de la fonte. Le même inconvénient peut se manifester par réaction des sulfures avec le garnissage du four. 10 La désulfuration au magnésium est d'autre part désavan tageuse lorsqu.'on veut- produire de la fonte au graphite vermiculaire, parce que le magnésium accélère la formation de graphite sphéroïdal. On était alors obligé d'ajouter un élément parasite supplémentaire pour éliminer cette action du magnésium. Cette 15 voie est préconisée par le brevet anglais n° 1.069.058 précité, du fait qu'il exige simultanément pour la préparation de fonte au graphite vermiculaire les trois éléments : magnésium, titane et terres rares. Au contraire, on peut encore combiner le soufre et l'oxygène à des métaux du groupe des terres rares ou lesré-20 duire à l'aide de ces métaux. Dans ce cas, la quantité de métal du groupe des terres rares ajoutée s'accroît de la quantité nécessaire pour l'élimination du soufre et de l'oxygène. Mais les sulfures des métaux du groupe des terres rares se scorifient très difficilement par suite de leur poids spécifique élevé. Les 25 sulfures subsistant dans le fer, comme on l'a déjà dit, provoquent au cours du mijotage une resulfuration, car l'affinité des métaux du groupe des terres rares pour 1'oxygène est plus grande que pour le soufre. Si par exemple on part d'une fonte de première fusion qui contient 0,016% de soufre et 0,01% d'oxygène, 30 il suffit alors,-conformément à l'invention (exemple 3), pour préparer une fonte brute au graphite vermiculaire d'une addition de 0,15% en poids de métaux du groupe des terres rares, c'est-à-dire 0,10%. de plus que lorsque la fonte est soumise préalablement à une désulfuration très poussée. Pourtant cette fonte 35 brute, si la forme désirée du graphite doit être conservée, doit être coulée aussitôt après son traitement. Une telle fonte brute ne résiste pas à une refusion. Si, au contraire, conformément à l'invention, on ajoute à une fonte brute désoxydée et désulfurée au carbure de calcium, 40 présentant une teneur en soufre inférieure à 0,003%, environ 14047 4 2007780 0,05% de métaux du groupe des terres rares, par exemple sous forme de mischmétal au cérium, on peut conserver une fonte brute au graphite vermiculaire, à condition que la refusion s'effectue avec précaution sans laisser pénétrer trop d'oxygène (exemple 2). 5 Cette fonte brute au graphite vermiculaire résiste donc à la refusion, c'est-à-dire qu'elle subsiste après refusion sans traitement complémentaire. Ce n'est que lorsque, au cours de la refusion, on n'a pu empêcher l'accès de quantités relativement grandes d'oxygène, qu'il est alors recommandé d'ajouter à titre de 10 complément de faibles quantités, de 0,01 à 0,05% de métaux du groupe des terres rares, car on est alors sûr que des métaux du groupe des terres rares se trouvent dans la fonte brute à l'état libre. Des excès trop importants de métaux du groupe des terres 15 rares sont à éviter. Ils ont des effets néfastes sur la structure de base, car ils favorisent la formation de perlite et cémen-tite. Il n'y a pas lieu de craindre l'apparition de graphite sphéroïdal à la place du graphite vermiculaire. On connaît bien des publications qui traitent de la possibilité de préparer une 20 fonte au graphite sphéroïdal uniquement par addition de métaux des terres rares sans addition de magnésium. Mais des essais à ce sujet ont montré que ce n'était le cas que dans des conditions bien déterminées. Des métaux du groupe des terres rares, avec la fonte brute au graphite sphéroïdal ont principalement 25 pour but de compenser les effets nocifs des éléments dits para-sites.Les exemples suivants permettent d'illustrer l'invention. Dans ces essais, on a utilisé les matériaux suivants : % C % Si % Mn % P % S %V %Ti %Ze1) fonts d© lèrs 30 fusion 0B 4,09 0,45 0,01 0,025 0,016 fonte de 1ère fusion au vanadium-titane 3,83 2,55 0,56 0,025 0,007 0,60 0,40 acier Bessemer 35 en riblons 0,09 0,02 0,35 0,025 0,019 graphite granulé 100 Fe-Si2) 77,2 Fe-Si inocu-40 lant 76,4 mischmétal au cérium 99,6 14047 5 2007780 1) 100% = 48,7% Ce + autres métaux du groupe de terres rares, 2) en morceaux 3) granulométrie : 0,6 - 3 mm 5 4) à base de monazite. Exemple 1.- Four de fusion : four à induction à moyenne fréquence capacité 90 kg - garnissage acide 89,50% fonte de 1ère fusion OB 7,97% acide Bessemer en riblons 2,53% Fe Si mélange de 2% de CaC^ + 0,2% de CaF^ introduits en quatre portions avec agitation à 1420°C - Addition de 0,05% de mischmétal au cérium. Inoculation avec 0,7% de FeSi inoculant et coulée. Résultats = éprouvette de 25 mm d'épaisseur de paroi. Composition 20 % C % Si % Mn % P % S 3,40 2,99 0,08 0,015 0,002 Structure Variétés de graphite : 45% K, 20% L, 5% M, 30% P Structure de base : 95% ferrite, 5% perlite 25 Caractéristiques mécaniques : 2 résistance à la traction - 42,8 kgp/mm limité d'élasticité - 30,1 " " Allongement - 10,1 % : four à induction à moyenne fréquence capacité 90 kg - garnissage acide 97,54% fonte de 1ère fusion 0B 2,46% de FeSi mélange de 2% de CaC£ + 0,2% de CaF£ in-35 troduits en quatre portions avec agitation à 1420°C. Addition de 0,05% de mischmétal qû. cérium.Coulée en lingotière. Refusion du lingot dans le creuset en graphite d'un four à induction à moyenne 40 fréquence de capacité 25 kg. Chargement : 10 Traitement : 15 Exemple 2.-30 Four de fusion Chargement : Traitement : 69 14047 6 2007780 Résultats : 10 15 Exemple 3.- Four de fusion Chargement : 20 Traitement Résultats 25 30 35 Surchauffe à 1420°C - Inoculation avec 0,7% de FeSi inoculant et coulée® Eprouvette de 25 mm d'épaisseur de paroi. Composition % C % Si % Mn %P % S 3,64 2,81 0,02 0,013 0,003 Structure Variétés de graphite : 10% K + L+M, 90% P Structure de base = 95% ferrite, 5% perlite Caractéristiques mécaniques /v 2 résistance à la traction - 35,0 kgp/mm limite d'élasticité Allongement - 27,4 kgp/mm* - 4,8 % four à induction à moyenne fréquence, capacité 90 kg, garnissage acide 86,50% fonte de 1ère fusion OB 11,09% acier Bessemer en riblons 2,41% FeSi à 1420°C - Addition de 0,15% de mischmétal au cérium - Inoculation avec 0,7% de FeSi inoculant et coulée. Eprouvette Y^ de 25 mm d'épaisseur de paroi. Composition % C % Si . % Mn 3,23 2,68 0,05 Structure Variétés de graphite % P 0,014 % S 0,010 5% K, 10% L, 10% M, 15% N, 60% P Structure de base : 90% ferrite, 10% perlite Caractéristiques mécaniques 2 résistance à la traction - 36,4 kgp/mm limite d'élasticité - 27,7 " Allongement — 4,4% 14047 7 2007780 Exemple 4.-Four de fusion Chargemënt : Traitement : 10 Résultats' : 15 20 four à induction à moyenne fréquence, capacité 90 kg, garnissage acide 92,25% fonte de 1ère fusion au vanadium titane 7,61% acide Bessemer en riblons 0,14% graphite granulé Mélange de 0,2% de CaCg + 0,2% CaFg en quatre portions avec agitation à 1420°C - Addition de 0,05 % de mischmétal au cérium. Inoculation avec 0,7% de FeSi inoculant et coulée. Eprouvette Yg de 25 mm d'épaisseur de paroi Composition %C % Si % Mn %P %S % V % Ti 3,58 2,90 0,50 0,015 0,002 0,58 0,17 Structure Variétés de graphite = 10% K, 5% L, 85% P Structure de base : 65% ferrite, 35% perlite Caractéristiques mécaniques 2 résistance à la traction - 48,0 kgp/mm limite d'élasticité - 36,0 " allongement - 4,3% 14047 8 2007780 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une fonte brute au graphite vermiculaire caractérisé en ce qu'à une fonte brute désoxydée et désulfurée,on ajoute 0,03 à 0,10% de son poids de métaux du 5 groupe des terres rares. 2. Procédé selon la revendication lj caractérisé en ce que la désoxydation et la désulfuration préalables sont effectuées au carbure de calcium ..granulé auquel on peut ajouter, pour accroître son efficacité, 10% de spath fluor. 10 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxygène et le soufre sont combinés aux métaux du groupe des terres rares et éventuellement éliminés sous cette forme. 4. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les * métaux du groupe des terres rares sont ajoutés 15 sous forme de mischmétal au cérium. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour la fabrication d'une fonte brute au graphite vermiculaire susceptible de résister à une ou plusieurs refusions, on utilise un excès de métaux des terres rares à l'état 20 libre tel que 1'oxygène,qui entre pendant la refusion, se trouve combiné et qu'il subsiste encore un léger excès de métaux des terres rares à l'état libre.