Brevet FR2170059A1 — publié le 19730914

La présente invention concerne l'utilisation comme matériau pessédant de bonnes propriétés de soudage dune fonte malléable à coeur noir traitée au magnésium. On connait déjà un procédé de fabrication de pièces de fonte malléable qui consiste à recuire de façon oxydante, à une température d'au moins 10200 C et d'au plus 10700 C, une pièce brute comprenant 2,7 à 3,0 fo de carbone, 0,25 à 0,35 % de silicium, 0,70 à 0,85 % de manganèse, 0,02 à 0,06 os de soufre, le reste étant du fer possédant en outre une teneur usuelle en phosphore et ayant une structure ferritique ou bien ferritique et perlitique.Le fait que le carbure de fer dont la teneur en carbone est élevée ne se décompose pas en carbone de recuit malgré une température de recuit élevée mais est éliminé dans la phase austénitique, est attribué à l'effet de la faible teneur en Silicium et en Soufre, allant de 0,02 à 0,06 , avec 0,6 à 0,8 % #e manganèse (gros excédant de manganèse). Le procédé présente l'inconvénient que cette composition présume un arr8t de l'ensemble de fusion lors de la production de la fonte malléable fusible. C'est ainsi qu'à titre d'exemple, la teneur en soufre allant de 0f02 à 0,06 * est essentiellement plus faible que pour des compositions usuelles. En outre, une désulfurisation de la masse fondue entrain des dépenses assez élevées. Il a également été proposé de fabriquer un bon matériau soudable par traitement de recuit décarburant, à une température allant de 9500 C à 11000 C, d'une fonte malléable ayant une composition chimique normale telle que (2,0 à 3,0 ,çÓ de carbone, 0,6 à 1,5 % de silicium, le manganèse étant inférieur à 0,6 a0, le phosphore inférieur à 0,15 Vo et le soufre inférieur à 0,15 Vo). Par ailleurs, il est connu de traiter des fontes aciérées malléables à coeur noir, en particulier des fontes aciérées malléable avec-du magnésium pur, puis d'effectuer progressivement un recuit neutre à une température d'environ 9000 C ou 7000 C, de manière à obtenir un matériau qui est sensé posséder de bonnes propriétés de soudage. Cependant, un tel matériau n'est pas utilisable en construction pour des soudures soumises à de fortes contraintes, parce que la masse ferritique a une grande teneur en carbone graphitique, ce qui conduit à une dureté maximale et à la formation de boursouflures. Plus récemment, on a proposé d'utiliser de la fonte à graphite sphéroldal traitée par recuit décarburant pour la fabrication d'objets soudables. Le recuit décarburant se produit en pareil cas dans un domaine de température compris entre 9000 C et 12000 C. Les différentes sortes de fontes malléables citées précédemment se solidifient sous une forme ne contenant pas de graphite, la quantité totale de carbone se trouvant sous la forme de carbure Fe3 C. Parmi les fontes à graphite sphéroidal, la majeure partie du carbone graphitique se présente sous forme nodulaire. Le matériau conformément à la présente invention se distingue des matériaux cités ci-dessus par le fait que l'on soumet une fonte malléable à coeur noir traitée au magnésium et qui contient 2,4 à 3,4 yo de carbone, 0,4 à 2,4 /0 de silicium, 0,1 à 0,7 /0 de manganèse, une quantité de soufre inférieure ou égale à 0,005 , 0,07 Vo de phosphore, et 0,02 à 0,10 Vo de magnésium, à un fort traitement de recuit décarburant dans une fourchette de température allant de 9000 C à 11500 C.Plus particulièrement on obtient d'excellentes propriétés de soudage en utilisant une fonte malléable à coeur noir traitée au magnésium et qui contient 2,6 Vo de carbone, 1,4 % de silicium, 0,55 Vo de manganèse, une quantité de soufre inférieure à 0,005 Vo 0,07 Vo de phosphore, et 0,02 /ó à 0,10 % de magnésium, laquelle est soumise à un fort traitement de recuit décarburant à une température de l'ordre de 10500 à 10700 C. Le traitement de recuit décarburant est poursuivi jusqu'à ce que llon atteigne la teneur en carbone désirée dans la pièce de fonte.Généralement, on atteint dans le produit final une teneur en carbone qui est inférieure ou égale à 0,3 % en poids dans une couche de matière profonde de 8 mm, de O à 0,05 0A en poids pour une pro#on- deur de 3 mm et environ 0,28 Vo en poids pour une couche de ma tiède profonde de 6 mm (voir fig. 1 et 2). Les matériaux selon l'invention sont susceptibles d'être parfaitement soudés par utilisation de n'importe quel procédé connu de soudage. Par la suite, on décrira un exemple d'utilisation d'un matériau conformément à l'invention comme éprouvettes de flexion telles que représentées aux figures 1 et 2 pour tester des fontes malléables à l'état brut L'éprouvette de flexion 1 est coulée dans un moule de sable en une pièce de fonte malléable à coeur noir contenant 2,6 % de carbone, 1,4 ffi de silicium, 0,55 % de manganèse, 0,005 96 de soufre, 0,07 96 de phosphore et 0,05 96 de magnésium, et subit ensuite pendant environ 80 heures un traitement de recuit décarburant à une température de 10700 C.A l'endroit 2, on réalise après le recuit une rupture ayant la forme d'une encoche fraisée dont l'angle dtouver- ture est de 600. La soudure des pièces de fonte malléable à coeur noir avec des morceaux d'acier de dénomination CK15 est réalisée manuellement selon le procédé à arc électrique avec des électrodes de hautes performances Ekb IX S/345/26 DIN 1913 ou selon le procédé MAG, ou bien encore avec un procédé de soudure en bout par étincelles.Les pièces soudées entre elles donnent lors des essais de résistance les résultats expérimentaux suivants Procédé manuel à Soudure Procédé de Non arc élec- Procédé en bout soudage soudé trique MAG/CO2 par étin avec des 2 électrodes umh. Limite Résistance à la traction + ow7 fCP/mme Dilatation X 14,8 j 10,4 7,7 7,5 96 S 1,1 2,5 2,3 0,4 Dureté Brinell x 174 ICP/mmZ +S 4 HV1 dans la zone ~ 228 258 290 Dureté maximale I HV1 dans la zone 2i8 258 290 d'assemblage flexion angulaire 22,5 1425 125 15s0 Pü = 90 % La présente invention possède sur les divers procédés connus de ce genre les avantages suivants : Les teneurs préférentielles en carbone de 2,7 à 2,9 96 C dans les fontes de dénomination allemande GTW-S 38, de 2,6 à 2,8 96 C dans les fontes GTS, de 2,9 à 3,2 96 C dans les fontes GTW et de 2,6 à 3,4 96 C dans les fontes malléables traitées au magnésium, se situent nettement plus bas que dans les fontes nodulaires dont la teneur usuelle en carbone est de l'ordre de 3,4 à 3,8 96. P.ur se placer dans le domaine de soudage ayant la teneur maximale permise de 0,3 96 en carbone pour des épaisseurs de parois de 8 , ou bien dans le domaine de la zone de soudage pour des épaisseurs de parois plus grandes, il faut éliminer une quantité moindre de carbone. Le procédé de recuit peut donc être conduit dans les mêmes conditions de températures, mais pendant une durée inférieure à celle du procédé de recuit décarburant des fentes nodulaires.Pour une durée et une température identiques de recuit, on atteint (avec les fontes malléables à coeur noir trai t~-s par recuit décarburant conformément à l'invention) le degré de décarburation requis de moins de 0,3 96 de carbone pour des épaisseurs de parois plus grandes que celles réalisées avec les types de fontes malléables utilisées jusqu'ici. Les teneurs en soufre se situent, par rapport aux compositions normales de base des fontes de dénomination GTW et GTS, le 0,14 à 0,22 96 en-dessous de la teneur limite tolérée pour les fjntes de dénomination STV-S 38 qui est de 0,12 96 dans le domaine des alliages fer-carbone ayant une configuration de graphite nodulaire qui requiert une composition en soufre allant de 0,001 à 0,002 96 en poids. Le traitement de dopage, indispensable à la solidification d'une fonte grise, n'est pas nécessaire pour une fonte nodulaire, puisque les qualités d'emploi de la fonte malléable provenant d'une fonte crue de moulage exempte de graphite sont ajustées essentiellement par un traitement de recuit et trempe ultérieurs en un ou plusieurs stades successifs. Puisque le phénomène de décarburation se déroule dans la phase austénitique, la structure de départ lédeburitique (blanche) offre une base de départ meilleure pour le traitement de recuit décarburant par rapport aux sphérolites qui se dissolvent moins facilement dans l'austénite. Pour empêcher la tendance à la formation à chaud de criques, il est possible, pour les fontes traitées au magnésium, tout comme pour les fontes malléables normales d'ajouter à la fin de la conduite de la fusion ou lors de la coulée de la fonte dans le moule, une faible quantité d'agent de dopage qui peut être par exemple du ferrosilicium. Par la suppression de la formation de criques, on évite ainsi des frais de traitement supplémentaire, ainsi que des frais de contrôle de qualité. REVENDICATIONS 10) Utilisation comme matériau possédant de bonnes propriétés de soudage d'une fonte malléable à coeur noir traitée au magnésium, caractérisée en ce que l'on fait subir un fort recuit décarburant à une température de 900 à 11500 C à une fonte malléable à coeur noir contenant : 2,4 à 3,4 /, de carbone, 0,4 à 2,4 oh de silicium, 0,1 à 0,7 96 de manganèse, une quantité de soufre inférieure ou égale à 0,005 96, 0,07 96 de phosphore, et 0,02 à 0,10 96 de magnésium. 20) Utilisation comme matériau possédant de bonnes propriétés de soudage d'une fonte malléable à coeur noir traitée au magnésium selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on fait subir un fort recuit décarburant à une température de 1050 à 10700 C à une fonte malléable à coeur noir contenant 2, 6 de de carbone 1,4 96 de silicium, 0,55 96 de manganèse, une quantité de soufre inférieure à 0,005 96, 0,07 96 de phosphore, et 0,02 96 à 0,10 96 de magnésium. 30) Utilisation d'une fonte à coeur noir selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'on ajoute à la fin de l'opération de fusion un agent de dopage tel que le ferrosilicium. 4 ) Utilisation d'une fonte malléable à coeur noir selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'on ajoute dans un moule, lors de la coulée de la fonte, un agent de dopage tel que le ferrosilicium.