Brevet FR2028092A1 — publié le 19701009

-1 2028092 10 Les pièces de machines en fonte à graphite lamellaire notamment les segments de piston^ et chemises de cylindres, ont toutes les qualités désirables et nécessaires à ces éléments de machines. En première ligne les excellentes caractéristiques de roulement et glissement de cette fonte ont contribué à en faire un matériau de choix dans le domaine industriel considéré. Mais dans les moteurs à combustion de grande puissance ce matériau présente cependant l'inconvénient que les segments de pistons et chemises minces de cylindres, faits en fonte à graphite lamellaire, ont une certaine tendance à la rupture, en raison d'une insuffisance de résistance mécanique. On a essayé d'éliminer cet inconvénient en utilisant, au lieu de fonte à graphite lamellaire, de la fonte à graphite sphéroïdal pour la fabrication de ces éléments de machines. On a pu ainsi réduire dans une large mesure 15 les risques de ruptures. Mais les pièces de machines en fonte" à graphite sphéroïdal souffrent du désavantage tenant ce que les caractéristiques de roulement et glissement de ce matériau ne sont pas aussi bonnes que celles souhaitées, car elles ne sont pas, et de loin,compara-20 bles à celles qui sont excellentes de la fonte à graphite lamellaire. Ceci conduit à des difficultés, aussi bien durant la période de démarrage, que dans celle de fonctionnement en régime courant des pièces de machines en question. Les pièces de machines en fonte à graphite suhéroîdal tendent à "se cisailler" localement 25 dans les conditions de service auxquelles elles sont en général soumises sur les machines, ce qui provoque ensuite une usure excessive des surfaces frottantes, cela bien que la résistance à l'usure de la fonte à graphite sphéroïdal soit en elle-même plus intéressante que celle de la fonte à graphite lamellaire. Ceci s'explique 30 par la structure même du graphite. Or on a constaté au'il était possible suivant l'invention d'agir sur la structure du graphite en utilisant certaines substances mises dans les moules de coulée, ces substances ayant pour effet de conférer au granhite, dans les couches superficielles de 35 l'élément moulé, et .lusnu'à une certaine profondeur, une structure lamellaire au lieu d'une structure sphéroïdale. Ces substances peuvent être incorr)or;'fis directement au sable de moulage ou bien être mises en oeuvre sous la forme d'un enduit dont, on revêt la surface du moule de sable ou du moule en coquille, dans lequel a 40 lieu la coulée. fo 00391 2 2028092 Les additifs utilisés doivent être d'une nature telle que, sous l'influence de la chaleur dégagée par la fonte coulée dans le moule, une réaction ait lieu qui tende à libérer certains éléments tels qu'oxygène, soufre, etc, susceptibles de réagir avec des élé-5 ments contribuant à la formation de graphite sphéroïdal dans la fonte, tels que magnésium, calcium, cérium, etc, et à contrebattre les effets produits par ces derniers éléments quels qu'ils soient, dans les couches superficielles de la pièce moulée, jusqu'à une certaine profondeur. 10 La réaction doit avoir lieu dans l'intervalle de températures compris entre celle de coulée et celle de prise. La réaction doit s'exécuter calmement et sans dégagement de gaz. Des additifs qui conviennent sont par exemple les battitures de forge et la pyrite de fer (sulfure de fer), mais il existe pro-15 bablement plusieurs autres substances qui empêchent la formation des sphéroïdes de graphite et sont en conséquence utilisables suivant l'invention. L'épaisseur de la couche superficielle peut être déterminée à volonté de nombreuses façons, en agissant notamment sur la durée 20 de refroidissement et sur la proportion de substance ajoutée dans l'induit ou dans le sable de moulage. On peut citer comme exemple célui ayant consisté à fabriquer une chemise de cylindre d'un diamètre de 110 mm et d'une épaisseur de paroi d'environ 8 mm après moulage; cette pièce, après addition de 2,5$ de battitures de forg^ 25 a été refroidie d'environ 1370 °C à environ 1100°C durant environ 30 secondes; il en est résulté une couche superficielle d'environ 1 ,5 mm ayant un graphite de structure lamellaire. Dans le cas d'un segment de piston pour moteur principal de navire ayant une épaisseur de 20 mm, cette couche superficielle 30 doit avoir une épaisseur d'environ 6 mm car l'épaisseur nécessaire à l'usinage doit être d'environ 3 mm et l'usure en cours de fonctionnement du piston doit être d'au moins 15$ de l'épaisseur, soit environ 3 mm supplémentaires. Comme on l'a déjà indiqué l'épaisseur de la couche superficielle peut être déterminée à volonté par 35 la proportion d'additifs ajoutée au sable de moulage ou à l'enduit, et par la durée de refroidissement. Comme les caractéristiques de roulement et de glissement des segments de nistons ét des chemises de cylindres n'ont d'importance que sur les surfaces frottantes de ces pièces de machines, les kO moules à utiliser dans la fabrication de ces pièces n'ont besoin 70 0039? 3 2028092 d'être traités qu'en surface, là où vont être moulées les surfaces de frottement de .la pièce. XI s'est révélé avantageux de faire la coulée dans le moule assez doucement pour éviter tout excès de turbulence. 5 II est donc possible de faire à la manière décrite ci-dessus des se^cments de nistons et des chemises de cylindres, dotés à leurs surfaces frottantes des caractéristioues intéressantes recherchées de la fonte à graphite lamellaire, sous forme d'une couche superficielle ayant l'épaisseur voulue, le corps de ces tîièces de ma-10 chines ayant d'autre part les caractoristicuies également recherchées de la fonte à graphite sphéroïdal. L'invention n'est pas limitée aux applications décrites ci-dessus mais s'étend aussi à des pièces de machines d'autres sortes, notamment à celles auxquelles il est désirable de conférer une 15 couche superficielle ayant de bonnes caractéristiques de roulement-glissement ou de bonnes caractéristiques d'usinabilité, c'est-à-dire qui se prêtent facilement à l'usinage par des outils à enlèvement de matière, mais qui n'en possèdent pas moins dans l'ensemble les caractéristiques inhérentes à la fonte à graphite sphéroïdal. 20 L'invention peut bien entendu s'anpliquer aussi à la fonte centrifugée en moxiles à cocuilles tournantes, en donnant les mêmes résultats avantageux que les produits de fonte issus de moules à sable ou de moules à conuilles fixes. v 70 00391 2028092 REYENDI C A T I 0 N S 1i- Procédé de moulage de pièces de machines en fonte à graphite sphéroïdal, caractérisé en ce que pour empêcher la formation de graphite sphéroïdal en surface et dans les couches immédiatement sous-jacentes, en vue d'obtenir de bonnes caractéristiques 5 de roulement-glissement et (ou) d'usinabilité desdites pièces, on revêt le moule d'au moins une substance réagissant avec la fonte liquide dans le moule, de façon que l'effet du traitement destiné à former du graphite sphéroïdal soit empêché dans lesdites couches superficielles de ces pièces. 10 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite substance empêchant la formation de graphite sphéroïdal est appliquée sur les surfaces du moule destinées à former les surfaces de frottement de la pièce à mouler. 3i- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 ladite substance empêchant la formation de graphite sphéroïdal est incorporée an sable de moulage. 4.- Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite substance empêchant la formation de graphite sphéroïdal est constituée par des battitures de forge. 20 5»- Procédé selon la revendication k9 caractérisé en ce que lesdites battitures de forge sont ajoutées au sable de moulage dans une proportion comprise entre 1 et 20$, et de préférence d'environ 5$. 6.— Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 ladite substance empêchant la formation de graphite sphéroïdal est constituée par de la pyrite de fer. 7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine l'épaisseur de la couche superficielle dépourvue de graphite sphéroïdal, en agissant sur la durée de refroidissement 30 de la pièce moulée. 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine l'épaisseur de la couche superficielle dépourvue de graphite sphéroïdal, en agissant sur la proportion de substance . ajoutée au sable de moulage. 35 9»- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine l'épaisseur de la couche superficielle dépourvue de graphite sphéroïdal, en agissant sur la proportion de substance ajoutée à l'enduit appliqué sur le moule. 70 00391 5 2028092 10.— Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine l'épaisseur de lsf couche superficielle dépourvue de graphite sphéroïdal, en agissant à la fois sur la durée de refroidissement de la pièce moulée, sur la proportion de substance 5 ajoutée au sable de moulage, et sur la proportion de stibstance ajoutée à l'enduit appliqué sur le moule.