Brevet FR2013133A1 — publié le 19700327

La présente invention est relative à un procédé perfectionné de production de pièces en fonte à partir de fer dans lequel le graphite est présent sous forme hodulaire ou sjféroï-dale» 5 On a mis en oeuvre, ,ces dernières années, un certain nombre de méthodes de nodularisation de fonte grise fondue à mesure qu'elle s*écoule du four de fusion ou qu'elle est reçue dans la poche de coulée à partir de laquelle les. pièces doivent être coulées. 10 Toutes ce® méthodes s*appuient sur l'utilisation de certains alliages de nodularisation tels que le magnésium, le ealeium, le lithium, le strontium, le "barium, le cérium, le didy-mium, le lanthane et l*yttrium, qui sont facilement oxydables à la température de la fonte à l'état fondu ou sont volatiles 15 et où leur effet tend à disparaître pendant le traitement, ou immédiatement apgpès et pendant le temps nécessaire au transfert dans les moules. Il en résulte une diminution des propriétés de résistance quand le fer reprend sa forme primitive. L'industrie de la fonderia emploie couramment le terme de "fading" 20 pour désigner ce phénomène, et ledit "fading" est un problème courant dans l'industrie. Pour y remédier, on procède à un certain nombre d'étapes dont l'une consiste à utiliser une grande quantité de nodu-larisant j une autr® étape consiste à faire une autre addition 25 pendant le processus de coulée ; une autre consiste à inoculer le fer dans la poche ou pendant le processus de coulée. Toutes; ces étapes, cependant viennent s'ajouter à des coûts de fabrication élevés, car ces alliages nodularisaaxts sont chers, et on peut rarement en récupérer plus d& 40 #, et de plus l'utilisa-30 tion d'une quantité excessive d'alliages nedularisants tend à donner naiss:anee à la formation d'oxydes de silicates qui res*-tent prisonniers de la fonte et produisent des coulées sales ou des défauts d'impurètés. Ils peuvent aussi donner naissance à des soufflures sous la surface et à la peau "d'éléphant", et 35 peuvent augmenter le retrait du fer fondu pendant la solidification, provoquant la retassure et d'autres défauts faisant perdre à la fois les propriétés physiques et la confiance dans le produit fini. 69 24353 2 2013133 Un autre problème réside dans le fait que ces métaux alcalins ou métaux de terres rares comme le cérium, le didymium, le lithium, le magnésium et le strontium sont également des stabilisateurs de carbures, et de ce fait il y a aussi le problème 5 du sur-traitement, la production de pièces coulées dures et fragiles, et la perte d'usinabilité et de ductilité» L'invention permet de résoudre la plupart de oesi problèmes et de réduire en même temps le coût de fabrication* On obtient ces résultats en effectuant l'addition de nodulariseur 10 dans le moule lui-même ou près de celui-ci,, Outre les manchons, baguettes de coulée, canalisations et systèmes de coulée requis normalement pour introduire le métal dans le moule de coulée, on prévoit une chambre préformée que l'on peut décrire comme la "chambre intermédiaire" destinée 15 à contenir l'alliage nodularisant» Oette chambre intermédiaire peut être disposée en n'importe quelle position adéquate par rapport au manchon, à la bague de coulée, au système de canalisation et de. coulée, ou au moule de coulée lui-même, de: telle façon que le métal fondu qui arrive vienne en contact avec le 20 nodularisant et que la réaction commence uniformément» La réaction se poursuit alors progressivement jusqu'à ce gue le moule soit complètement remplie Selon l'invention, pour produire des; pièces, coulées en fonte à graphite nodulaire ou sphéroïdal, on introduit de la 25 fonte grise fondue dans le moule par une ou plusieurs chambres intermédiaires contenant un agent nodularisant, en quantité suffisante pour faire passer le graphite à la forme nodulaire ou sphéroïdale» Du fait que la réaction commence immédiatement lorsque 30 le métal fondu recouvre le nodularisant, la solution se.produit sans contact avec l'air0 . L'invention a également pour objet un moule destiné au procédé ci-dessus comprenant un système de déversement,, une baguette de coulée, des organes de coulée et de canalisation et 35 une cavité de moulage, une ou plusieurs chambres intermédiaires étant associées avec le moule et disposées.....sur le trajet du métal fondu pénétrant dans le moule, ladite chambre étant destinée à recevoir un agent de nodularisation. 69 24353 3 2013133 Quand on désire former des moulages complexes, il peut être nécessaire d'avoir plus d'une entrée pour faire pénétrer le métal fondu d'ans le moule de coulée, auquel cas on peut associer une chambre intermédiaire avec au moins l'un des systèmes ali-5 mentant le moule de coulée en métal fondu, par exemple on peut ass;ocier une chambre intermédiaire à chaque baguette dé couléep Ainsi dans ce mode de réalisation de l'invention, la perte de température pendant la descente de la coulée est négligeable et la perte due à la volatilisation et à l'oxydation sont 10 complètement éliminées. ïïn autre avantage de l'invention réside en ce qu'il est possible de: contrôler avec précision la quantité de nodula-risateur requise pour un poids donné de métal pour faire passer le graphite de la formé laminée à la forme nodulaire. Cela 15 élimine alors les danger» précédents dus aux inclusions d'impuretés et au sur-trait ement. Par exemple, on a pu réaliser la transformation complète du graphite lamellaire en un graphite sous forme sphé-roldale parfaite avec seulement 0^15 de l'alliage nodularisant 20 utilisé selon l'invention. Avec toutes les techniques utilisées précédemment il aurait été nécessaire d'utiliser au moins 0,75 $ d'additif.cëlâ ieprésente une économie importante, car ces alliages sont les constituants les plus chers utilisés dans la fabrication de fer nodulaire. 25 On peut utiliser dans ce procédé n'importe quels réactifs ou mélanges bien connus ; on observe une absence complète de turbulences, de vapeurs, ou de phénomènes pyrotechniques et on obtient des pièces coulées denses et saines. On peut utiliser les réactifs nodularisants sous 30 forme de morceaux compacts, d'agrégats broyés, de poudres, ou sous des formes extrudées ou tassées/agglomérées, la taille et la forme des particules de. nodularisateur et la quantité requise dépendra, comme l'homme de l'art le comprendra aisément, d'un certain nombre de paramètres comprenant la forme et la taille 35 de la chambre, le débit de métal fondu à travers la chambre, la pression ferrostatique, la température et la composition du métal, le poids et le type de coulée* et le procédé de fabrication. 69 24353 4 2013133 Ii'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui va suivre, et des dessins annexés donnés surtout à titre d'exemples non limitatifs. Sur les dessins annexés La figure 1 est une vue en plan de la face d *un moule 5 pour coulisseau, couvercle retiré ; les figures 2 et 3 sont des coupes schématiques verticale et horizontale de la partie du moule de la figure 1 contenant le trou de. coulée* la chambre intermédiaire avec le barrage et la sortie vers la masselotte® 10 En. se référant maintënant aux dessins annexés, le moule, tel qu'il est représenté, est destiné à la coulée d*un coulisseau. Le bloc de coulage réel destiné au eoulisseau est représenté sur la figure 1 sous la référence t« Le métal fondu pénétra; dans le moule de coulage en passant par une baguette de 15 coulée,non représentée, un trou de coulée 2, une chambre intermédiaire 3» une maaselotte 4 et un goulot d'évent 5„ On placœ une quantité de l'agent nodulateur calculée en prenant pour base les paramètres cités ci-dessus, dans la chambre intermédiaire munie d'un système 6 formaai:;barrage à l'écoulement 20 pour régulariser le débit et as&urer un temps de séjour suffisant du métal dans la chambre intermédiaire 8 La référence 7 désigne le bloc de moulage. Quand du fer fondu passe dans le moule, il vient en contact avec l'additif nodularisateur dans la chambre intermédiaire 3 et le graphite se trouvant dans le 25 fer passe sous une forme nodulaire ou sphéroïdale. Les exemples suivants illustreront l'invention. "EiYKMPT/E 1 Une poche de fonte grise non -traitée présentant une « résistance à la traction de 2100 kg/cm a servi à couler une 30 série de volants d'inertie pour automobiles. Tous les moules étaient identiques en tout point et comportaient une chambre intermédiaire formée et située directement sous le trou de coulée. La quantité de réactif nodula-teuE requise (dans ce cas l'alliage comprenait 55 $ de silicium, 35 4 $> de magnésium, et la quantité de fer complémentaire) était calculée sur la base de 0,35 $> &U poids combiné de la pièce eoulée, de la barre de coulée, de l'entrée et de la barre 69 24353 5 2013133 d'alimentation, le poids total étant de 38,5 kg, c'est-à-dire qu'on utilisait 150 g de réactif nodularisant, dans cet exemple sous forme de morceaux de 1^30 x 0,65 cme On a ensuite coulé les: moules à la suite, en prenant 5 12 minutes pour disposer de tout le métal« Il n'y eut pas de turbulence pendant la coulée, en fait on n'observa ni fumée ni flamme « Un examen montra que toutes les pièces; coulées contenaient dea sphéroïdes de graphite uniformes dans une matrice 10 entièrement dépourvues de: carbure. Les pièces coulées étaient parfaitement solides et présentaient un fini superficiel supérieur qu'on avait jusquJalors considéré comme impossible. Les propriétés ultimes du fer traité étaient î résistance à la p traction 8000 kg/cm ; allongement 4 EXEMPLE 2 15 Dans une autre série de traitements, on à utilisé une poche de fonte grise non traitée, de résistance- à la traction de p 2000 kg/cm pour couler une série de manivelles de moteurs Diesel. Dans ce cas, la "chambre intermédiaire" était agrandie pour s"adapter au châssis dans lequel le moule était fait, et la 20 quantité d© nodularisateur était calculée sur la base du poids de coulée de la manivelle« Dans cet exemple, le nodularisateur se présentait sous la forme de boulettes compactes. On plaça 250 grammes de ces boulettes nodularisantes dans la "chambre intermédiaire" avant de fermer les moules„ 25 On coula alors les moules comme dans l'exemple précé dent et on n'observa ni vapeurs, ni phénomènes pyrotechniques. Les pièces coulées présentaient encore une fois d»excellentes structures nodulaires, avec une résistance à la p traction de 8100 kg/cm et un allongement de. 2 •RTlEIlvrPT.-fl ^ 30 La. composition et les propriétés de la fonte lamel laire non traitée utilisée étaient : carbone, en tout 3»62 fi silicium 2,12 fi phosphore 0,05 fi 35 manganèse 0,64 fi soufre 0,01 fi 69 24353 6 2013133 p résistance à la traction 1800 kg/cm allongement 0 foe Dans cet exemple, la chambre intermédiaire était construite séparément sous forme d'un montage à noyau et situé 5 en dehors du moule lui-même» La chambre intermédiaire était fermée, sauf en ce qui concerne le point d'introduction du métal avec une baguette de coulée placée au-dessus, et la sortie était située directement au-dessus du trou de coulée du moule» Cette méthode s'est montrée utile dans les cas où il n'y a pas suffi-10 samment d*espace à l'intérieur du bloc de moulage pour constituer une chambre intermédiaire adéquate où dans les cas où on doit couler de grandes pièces où lorsqu'il s'agit de systèmes de coulée complexes» On a utilisé 2500 kg de ce fer pour couler un segment 15 de refroidissement aveo 0,7 $ d'un alliage de calcium, magnésium et ferro-silicium situé à l'extérieur des la "chambre intermédiaire" » On a coulé la pièce et les observations visuelles étaient les mêmes que dans les exemples précédents» Après re-20 froidissement et examen la pièce coulée était saine sous tous les aspects avec le graphite passé entièrement sous forme nodulaire,, La pièce coulée était un segment de refroidissement, et ses propriétés étaient, après traitement î . p résistance à la traction 8000 kg/cm 25 '17 : .allongement 4 fo9 et les essais ont montré qu'elle était uniformément résistante» Généralement, l'invention est applicable à tous les types de coulée connus. 69 24353 7 2013133 EE"VEKDI CATIONS 1/ Procédé de production de pièces coulées en fonte à graphite nodulaire ou sphéroïdal dans lequel on introduit de la fonte grise fondue dans le moule par une ou plusieurs chambres intermédiaire contenant un agent nodularisant en quantité suf-5 fisante pour faire passer le graphite sous la forme nodulaire ou sphéroïdale. 2/ Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la chambre intermédiaire est associée à la baguette de coulée utilisée pour remplir le moule. 10 3/ Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la chambre intermédiaire est associée au trou de coulée utilisé pour remplir le moule. 4/ Procédé suivant la revendication 1 dans lequel la chambre intermédiaire est associée à la masaelotte. 15 5/ Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la chambre intermédiaire ast associée avec un centrifugeur. 6/ Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la chambre intermédiaire est associée au jet de coulée. 7/ Procédé conforme à l'une quelconque des revendica-20 tions précédentes, caractérisé par le fait que l'agent nodularisant est présent dans la chambre intermédiaire sous forme de morceaux, d'agrégat broyé, de poudre, ou sous forme extrudée ou compacte/liée. 8/ Moule destiné à être utilisé pour mettre en oeuvre 25 le procédé de l'invention, comprenant une baguette de coulée* un trou de coulée, des systèmes de vannage et de coulée et une cavité de moulage, une ou plusieurs chambres intermédiaires étant associées avec le moule et disposées sur le chemin du métal fondu pénétrant dans le moule, ladite chambre étant conçue 30 de façon à recevoir un agent nodularisant. 9/ Moule suivant la revendication 10, dans lequel la cavité intermédiaire est associée avec le baguette de coulée. 10/ Moule suivant la revendication 10f dans lequel la chambre intermédiaire est associée avec le trou de coulée. 35 11/ Moule suivant la revendication 10( dans lequel la chambre intermédiaire est associée avec le système de vannage, ou de coulée du moule. 69 24353 8 2013133 12/ Moule suivant la revendication 10 dans lequel la cavité intermédiaire est associée aveo le moule de coulée lui-même « 13/ Moule suivant l'une quelconque des revendications 5 9 à 12 comprenant un grand nombre d® baguettes de coulée et/ou de jets d'écoulement et/ou d'entrées et l'une ou toutes ces chambres intermédiaires sont associées aveo une ou toutes les baguettes ds* écoulement et entrées» 14/ Moule suivant l'une quelconque des revendications 10 9 à 13 comprenant un grand nombre de baguettes d'écoulement d© systèmes de vannage et de coulée et les chambres intermédiaires sont associées avec une ou plusieurs des baguettes d'écoulement et/ou des systèmes d'éelusage et/ou des systèmes de eoulée»