Brevet FR2352885A1 — publié le 19771223

La présente invention concerne les produits agglo mérés de traitement de la fonte liquide à mouler, du type constitué par une substance composite de traitement de la fonte comprenant un agent de traitement proprement dit en poudre enrobé dans un liant. Elle concerne également les procédés de fabrication de pièces moulées en fonte du type consistant à réaliser un bain de fonte liquide, à mettre cette fonte au contact de produits agglomérés tels que ceux indiqués ci-dessus, et à mouler la fonte ainsi traitée. Il est en effet déjà connu d'ajouter à un bain de fonte liquide des substances de traitement telles que par exemple des substances d'inoculation dont le rôle, en provoquant la précipitation du carbone sous forme de lamelles ou nodules de graphite, est d'éviter la formation de carbures de fer ou cémentite, l'agent de traitement proprement dit se présentant généralement dans ce cas sous forme d'un alliage de ferro-silicium dans lequel le silicium est l'élément actif dominant, d'autres éléments y étant inclus pour en accroître l'efficacité, tels que le calcium, l'aluminium, -le zirconium, le baryum, le strontium, etc. Il est également connu que l'effet du traitement, par exemple dtinoculation, est d'autant plus grand que l'agent a été introduit nlus tardivement dans la fonte liquide. C'est pourquoi on traite de préférence la fonte à ltentree du moule et à l'aide de pastilles agglomérées dont il existe plusiçurs variétés sur le marché Lès argents ainsi utilises sönt parfois dispersés dans un liant ou support de nature organique tel qu'une cire ainsi que le décrivent par exemple le brevet FR 1 486 068 et son certificat d'addition 69.20 110-2 011 199. OrJ il apparaît à l'expérience que la dégradation du liant qui enrobe l'agent de traitement est irréguliere, de sorte que, pour des pièces minces ou complexes, l'inoculation est insuffisante dans certaines parties, ce qui est également le cas lorsqu'on place un morceau massif d'agent dans un moule. Ladite dégradation est également peu satisfaisante du fait que, lorsqu'elle a lieu, elle provoque l'apparition de défauts dans les pièces moulées. C'est ainsi que la décomposition sous forme de gaz entraîne la formation de piqûres ou soufflures dans la masse de métal moulé par suite des difficultés d'évacuation des gaz formés. C'est pourquoi l'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et à cet effet elle a pour objet un produit du type précité, caractérisé en ce que le liant est un alcool polyvinylique. Elle a également pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce qu'on met la fonte au contact de produits agglomérés constitués par une substance de traitement dont le liant est un alcool polyvinylique. Le terme d' "alcool polyvinylique" utilisé ici désigne, dans son acceptation habituelle, tout polymère obtenu indirectement par hydrolyse de l'acétate de polyvinyle. La substance de traitement utilisée se décompose totalement en présence du métal fondu, sans provoquer de dépôts nuisibles au bon aspect et aux caractéristiques des pièces moulées. L'alcool polyvinylique présente en outre l'avantage d'être autoinflammable à la chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique et en coupe d'un moule expérimental permettant la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention; la Fig. 2 est un diagramme comparatif des courbes représentatives de la tendance à la solidification blanche d'une fonte à graphite sphéroldal obtenue suivant un premier mode de réalisation conforme à l'invention et selon la technique connue; la Fig. 3 est un diagramme représentant la tendance à la solidification blanche d'une autre fonte à graphite sphéroldal coulée suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention;; la Fig. 4 est un diagramme illustrant la tendance à la solidification blanche d'une fonte à graphite lamellaire coulée suivant un troisième mode de réalisation de l'invention. Suivant l'invention, de l'alcool polyvinylique, sous forme de poudre ou de granulés, est mis en solution aqueuse, dans des pronortions comprises entre 8 et 20X en poids à à une terrpérature se situant entre 20 et 900C, la dissolution étant possible à froid, mais préférable à cette dernière température. L'alcool polyvinylique utilisé présente d'une part une viscosité comprise entre 4 et 50 centipoises, mesurée sur une solution à 4% d'eau et à 200C par comparaison du temps d'écoulement de cette solution et du temps d'écoulement du solvant pur, et d'autre part un indice d'@@@er compris entre 20 et 135. La sollltiçon ottenue est ensuite mélangee avec une poure- contenant un a gert inoculant, tel que du farro-silicium ou du siliciure de calcium,et dont la gr- alors compactée, par exemple dans une presse à boulets, de manière à procurer des pastilles de tenue mécanique suffisante pour être manipulées sans inconvénient.Ces pastilles sont ensuite placées sur le cheminement du métal fondu à l'intérieur d'un moule, soit sur un filtre dans la descente de coulée lorsque le moule présente un plan de joint horizontal, soit dans le canal de coulée lorsque le moule est à plan de joint vertical. En variante, un renforcement mécanique des pastil les est réalisé par étuvage, en les portant à 110 à -1500C pendant quelques minutes. La combinaison de la nature du liant choisi et de l'étape de compression sous presse présente l'avantage par rapport aux pastilles précédemment connues d'introduire dans le moule une très faible quantité de l'ensemble liant-solvant, insuffisante pour créer des défauts dans les pièces. De plus, la tenue mécanique des pastilles est particulièrement adaptée au meilleur compromis entre des manutentions non destructives à froid et une dissolution régulière à la température de la fonte liquide Les exemples ci-dessous illustrent la mise en oeuvre de l'invention,tous les pourcentages étant donnés en poids. EXEMPLE 1 Un alliage inoculant de poudre de ferro-silicium du type du commerce, de granulométrie 0-400 microns et présentant la composition suivante: Si : 80% Ca : 2% Al : 2% Zr : 2% Solde: Fe est mélangé séparément à des liants constitués par des solutions aqueuses à 10% d'alcool polyvinylique de viscosité 4 cPo et d'indice d'ester 125, dans les proportions suivantes, exprimées en poids par rapport à l'inoculant ; 0,25% , 0,5% et 1% d'alcool Le produit obtenu après homogénéisation est compacté en forme de pastilles d'un diamètre de 25 mm et d'un poids d'environ 12 g, sous une force de compactage de 1 tonne, correspondant sensiblement à une pression de 200 kg/cm2. Les pastilles sont ensuite placées dans le moule expérimental de la Fig. 1 qui comprend un pot de coulée 1, un trou de coulée 2 au fond duquel est placé un support, constitué éventuellement par un filtre 3, sur lequel sont placées des pastilles 4, un canal de distribution 5 et des coins à peu près verticaux C, C2, C3, C4 et C5 disposés en épi par rapport à ce canal, le moule reposant sur une cale 6 du côté du coin C5 le plus éloigné de l'entrée, de manière que la fonte pénètre successivement dans les coins C1 à C5 l'un après l'autre. On coule dans ce moule une fonte à graphite sphé rodas de base présentant l'analyse suivante: C : 3,6 % Si : 2,6 % P : 0,06% Mn : 0,2 % S : 0,01% Mg : 0,025% Les résultats obtenus sont portés sur le graphique de la Fig. 2, en portant el abscisses les différents endroits où sont effectués les prélèvements et en ordonnées la tendance à la solidification blanche, exprimee en millimètres. I1 est bien connu que ce phénomène doit être aussi limité que possible puisqu'il influe défavorablement sur les caractéristiques mécaniques et l'aptitude à l'usinage.Ces résultats sont les suivants: TABLEAU I tendance à la solidification blanche (mm) Coins C C C C4 C5 Essai A 10 10 10 10 10 Essai B (invention): 5 : 3,6 : 3,2 : 2,4 : 2,7 Essai C (invention) 4,3 i 2,9 I 2,0 : 1,9 : 2,2 Essai D (invention): 3,4 : 2,6 : 2,4 : 3,0 : 3,4 Essai E 9,8 5,8 1,5 1,4 4,2 Essai F : 2,7 : 5,7 : 7,8 : 9,7 : 9,8 Les essais indiqués correspondent respectivement: A : à une coulée sans inoculation; B : à une coulée effectuée en présence de pastilles à 0,25% d'alcool; C : à une coulée effectuée en présence de pastilles à 0,5% d'alcool; D : à une coulée effectuée en présence de pastilles à 1% d' alcool, E : à une coulée effectuée en présence d'un morceau massif d'inoculant du commerce; F : à une coulée effectuée en présence de quatre pastilles de 4,5 g contenant un inoculant mélangé à de la cire. On constate la bonne régularité et le niveau bas correct obtenus dans les cas B, C, D suivant l'invention, alors que dans les cas E et F, ce bon résultat n'est obtenu qu'épisodiquement. EXEMPLE 2. Les pastilles sont réalisées à partir d' un mélange d'une poudre de siliciure de calcium CaSi2 de granulométrie 0-400 > L et d'une solution aqueuse à 10% d'alcool polyvinylique, de viscosité -4 cPo et d'indice d'ester 125, ladite solution étant ajoutée au siliciure à raison de 1% d'alcool. Comme précédemment, les pastilles ont un diamètre d'environ 25 mm,mais elles sont compactées sous une force de soit une tonne, soit cinq tonnes. Elle sont utilisées pour l'inoculation d'une fonte à graphite sphéroïdal de base dont la composition est la suivante: C : 3,6 % Si : 2,4 g P : 0,06$ Mn : 0,12% S : 0,005j Mg : 0,030% Les résultats obtenus sont portés sur le diagramme de la Fig. 3 dont les coordonnées représentent les mêmes grandeurs que dans l'exemple précédent, mais où la courbe G correspond à la force de compactage de l tonne et la courbe H à la force de cinq tonnes.Ces résultats sont les suivants TABLEAU II Tendance à la solidification blanche (mm) Coins C C C C4 C5 Essai G (invention) 3,9 3,0 3,0 2,8 2,8 Essai H (invention) 3,7 15,4 2,4 2,4 3,0 L'inoculation apparaît comme particulièrement homogène, malgré les variations importantes de la pression de compactage. EXEMPLE 3. Le même alliage que dans l'exemple 1 est utilisé pour réaliser sous une force de 5 tonnes des pastilles contenant 0,5 en poids d'alcool polyvinylique de viscosité 4 cPo et d'indice d'ester 125. Les pastilles, au nombre de 3, sont ensuite posées sur le filtre 3 placé dans le moule de la Fig. 1. La fonte à graphite lamellaire de base présente l'analyse suivante C : 3,3 % Si 1,9 % P : 0,05 % Mn : 0,8 % S : 0,02 % Cr : 0,3 % Comme le montre le diagramme reproduit à la Fig.4, où apparaissent la courbe J correspondant à une coulée sans inoculant et la courbe K correspondant à l'utilisation des pastilles dans les conditions qui précèdent, les résultats qui traduisent une moyenne obtenue sur plusieurs moules sont particulièrement satis faisant Ces résultats sont les suivants: TABLEAU III Coins Tendance à la solidification blanche (mm) C C C C4 C5 Essai J : 6 : 6 : 6 : 6 : 6 Essai H (invention) 3 3 3 1,9 1,9 2,4 EXEMPLE 4. Avec le même inoculant que celui de l'exemple l, on élabore sous une force de compactage de 1 tonne des pastilles contenant un taux d'alcool de 1%, qui sont ensuite portées pendant une heure à une température d'environ 1100C dans une étuve Dix jours plus tard, elles permettent d'inoculer des moules industriels de 10 kg grâce à l'introduction de 3 d'entre elles dans la descente de coulée. La fonte à graphite sphéroïdal de base présente l'analyse suivante C : 3,8 % Si : 2,25% P : 0,07a mon : 0,15% S : 0,0041 Mg : 0,040% Les parties de pièces coulées en sable étaient totalement exemptes de cémentite, alors que dans les zones solidifiées contre un refroiaisseur -métallique la distance trempée a pu être ajustée entre les limites souhaitées (10 et 20 mm). On a de plus supprimé des défauts, tels que des inclusions, qui apparaissaient incidemment lors de la mise en oeuvre des techniques connues dtiroculatiorl. L'apport moyen en silicium du à l'inoculation a été de 0,15%. - REVENDICATIONS 1. - Produit aggloméré de traitement de la fonte liquide à mouler, du type constitué par une substance composite de traitement de la fonte comprenant un agent de traitement proprement dit en poudre enrobé dans un liant,caractérisé en ce que le liant est un alcool polyvinylique. 2.- Produit aggloméré suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'alcool polyvinylique présente une viscosité comprise entre 4 et 50 cPo et un indice d'ester compris entre 20 et 135. 3.- Produit aggloméré suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'alcool polyvinylique présente une viscosité de 4 cPoet un indice d'ester de 125. 4.- Produit aggloméré suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'agent de traitement est un alliage de ferro-silicium présentant la composition suivante: Si : 80% environ : : 2% Al : 2% Zr : 2% Solde: Fe 5.- Produit aggloméré suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'agent de traitement est du- siliciure de calcium. 6.- Procédé de fabrication de pièces moulées en fonte du type consistant à réaliser un bain de fonte liquide, à mettre cette fonte au contact de produits agglomérés suivant l'une des revendications l à 5 , et à moulerla fonte ainsi traitée, caractérisé en ce qu'on met la fonte au contact de produits agglomérés constitués par une substance de traitement dont le liant est un alcool polyvinylique. 7.- Procédé de fabrication suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le bain de fonte utilisé présente la ccmposition suivante C ;3,6 à 3,8 % environ Si:2,25 à 2,6 % " P :0,06 à 0,7 % Mn:0,12 à 0,2 % S :0,004 à 0,01 % Mg:0,025 à 0,040% 8,- Procédé de fabrication suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le bain de fonte utilisé présente lacompp- sition suivante : C : 3,3 % environ Si : 1,9 % P : 0,05 % Mn : o,8. 8 S : 0,02% Cr : 0,3 % 9.- Procédé de préparation d'un produit aggloméré suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on met de l'alcool polyvinylique en solution aqueuse à 8 à 20% en-poids environ; 10.- Procédé de préparation suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on met de l'alcool polyvinylique en solution aqueuse à 10% en poids environ; 11.- Procédé de préparation suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10j caractérisé en ce qu'on met l'alcool polyvinylique en solution aqueuse à une température comprise entre 20 et 90 C environ. 12.- Procédé de préparation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'on mélange le produit résultant de la mise en solution aqueuse de l'alcool polyvinylique avec l'agent de traitement proprement dit, à rclson de 025 -à 1% en poids environ d'alcool par rapport à cet agent. 13. - Procédé de préparation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'on comprime à la presse le produit résultant du mélange de la solution aqueuse et de l'agent de traitement proprement dit. 14.- Procédé de préparation suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'après compression, on porte le produit aggloméré à une température de 1100C environ.