Brevet FR2354388A1 — publié le 19780106

La présente invention concerne des fontes doues d'une résistance élevée à l'oxydation et à l'usure, et a plus précisément pour objet une fonte réfractaire. L'invention peut être utilisée le plus efficacement dans la production de pièces telles que des moules de verre fonctionnant à des températures élevées. On connait une fonte réfractaire contenant ( en poids): carbone 3,0-3,8 silicium 1,5-3,0 manganèss 0,6-1,0 chrome 0,5-2,7 Les teneurs de ladite fonte en impuretés sont limitées soufre-jusqu'à 0,1% en poids, phosphore - jusqu'à 0,1% en poids fer - le reste. La présence du chrome dans cette fonte augmente sa résistance thermique jusqu'à 750 C. Cependant il se forme dans la fonte une phase carbure, ce qui altère son aptitude à l'usina@e, aug@ente sa dureté en sa fragilité. Cette fonte est utilisée le plus efficacement dans la fabrication d'él@ments d'équipements métallurgiques et de chaudronnerie, par exemple de barreaux de grilles de machines d'agglomération travaillant dans des conditions de températures élevées et d'sure par abrasion. On connaît un alliage décrit dans le certificat d'auteur n 418.554 délivré en U.R.S.S. et contenant (% en poids) : carbone 1,4 - 4,4 silicium 1,5 - 2,5 manganèss 0,4 - 1,0 aluminium 4,0 - 7,0 titane 0,2 - 1,0 cérium 0,2 - 0,35 Les teneurs de cet alliage en impuretés sont limitées soufre - jusqu'à 0,5 an poids, phosphore - jusqu'à 0,5% en poids ; fer - le reste. Cet alliage présente une résistance thermique pl élevée nue celle de la fonte mentionnée, ais ses propriétés mécaniques restent peu élevées. Un tel alliage est utilisé le plus avartageuse@ent pour fabriquer des creusets pour l'aluminium et ses alliages. On connaît déjà dans la Ijétallurie une fonte contenant (% en poids) carbone 2,0 - 4,0 silicium 1,0 - 3,5 aluminium 1,0 - 5,0 chrome 0,2 - 2,0 titane 0,1 - 1,0 et dont les teneurs en impuretés sont limitées : soufre jus@u'à 0,5% en poids, phosphore - jusqu'à 0,5% en poids fer - le reste. Cette fonte présente une résistance à la chaleur et une résistance mécanique réduites, ce qui s'explique nar la présence dans sa structure d'un graphite interdendritique (graphite du turne 2), qui se forme à cause de la @aible teneur en carbone et en silicium et de la teneur élevée en éléments carburés tels que le chrome, le @anganèse et le titane. Ladite fonte est utilisée le plus efficacement pour fabriquer des pie ces telles que des moules de verre fonctionnant à de hautes températures en contact avec le verre fondu. Cependant, la présence des éléments carburés dans la composition de cette fonte rend difficile l'usinage mécanique des pi@ces, étant donné la dureté et la fragilité élevées de la fonte. La pur sente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités. Pour atteindre ce but, l'invention vise à créer une fonte réfractaire dont les constituants et leurs proportions seraient choisis de manière à assurer une résistance thenique élevée de la fonte, des propriétés mécaniques améliorées,ainsi qu'une meilleure usinabilité des pièces fabriquées a partir de cette fonte, en comparaison des fontes connues du mEme type. La solution consiste en une fonte réfractaire contenant du carbone, du silicium, du manganèse, de l'aluminium, du chrome, du fer et, en tant qu'impuretés, du soufre, et t phosphore, et caractérisée, suivant l'invention,et en ce que, outre les proportions suivantes de constituants (% en poids) : carbone 2,8 - 4,0 silicium 1,5 - 3,0 mangan@se 0,1 - 0,6 aluminium 1,0 - 3,0 chrome 0,5 - 2,5 elle contient les composants suivants (% en poids) : cuivre - 0,2 - 2,0 magnésium - O,005 - 0,04 calcium - o,01 - 0,04 les teneurs en impuretés étant limitées comme suit (% en poids) soufre - jusqu'à 0,08 phosphore - jusqu'à 0,70 le reste étant du fer. IL est bien connu que la teneur maximale de la fonte en carbone est déterminée d'après sa solubilité dans le métal liquide ? des températures dépassant son point de fusion. La teneur maximale possible en carbone de cette fonte réfractaire est de 4,0% en poids. Lorsque la teneur en carbone de cette fonte diminue au-dessous de 2,87% en poids, il se forme une fonte blanche, c 'est-à-dire une fonte qui se cristallise suivant un système métastable, et qui est caractérie par une dureté et une fragilité- élevées, une mauvaise usînabilité avec des outils tranchants et une faible résistance mécanique. Des teneurs en silicium inférieures à 1,5 en résultant d'un effet graphitisant insuffisant, conduisent à l'obtention de fontes blanches à dureté et fragilité élevées, tandis que des teneurs en silicium dépassant 3,0 en poids conduisent à la formation d'un ferrite allié par le silicium, oui présente aussi une dureté et une fragilité élevées. Il est bien connu que le manganèse est introduit dans la composition de la fonte pour neutraliser l'effet nuisible du soufre. Les auteurs de l'invention ont constaté que la teneur optimale en manganèse est de 0,1 à 0,6% en poids, avec la teneur en soufre indiquée. La teneur optimale en aluminium de la fonte en question est de :i,0 à 3,0% en poids, tant dont qtie la diminution de cette teneur au-dessous de 1,0% en poids conduit à un abaisse:ent de la résistance ther@ique de la fonte, tandis que l'élévation de la teneur en aluminium au-dele de 3,0% en poids conduit à la formation d'une phase Fe3 AlCx qui, de pair avec les carbures de ohrome, conduit à la fragilisation de la fonte, des propriétés mécaniques réduites et à une dureté élevée. Il est bien connu également que la -résence de chrome dans les fontes augmente leur résistance thermique. Pour la fonte en question une teneur en chrome infériare à 0,50 en poids conduit à un abaissement important de la résistance thermique. Une augmentation de la teneur enchrome acoroît la résistance thermique de la fonte. Cependant, une teneur enchrome dépassant 2,5% en poids augmente brusquement la dureté de la fonte et diminue son usinabilité par les outils tranchants. Il est notoire que l'alliage de la fonte réfractaire avec du cuivre aug@ente la dispersité de sa structure, ce qui, à son tour, améliore considdrablement les propriétés mécaniques de la fonte, en abaissant l'anisotropie de ses propriétés. Cet effet d'alliage de la fonte réfractaire par le cuivre se manifeste quand la teneur en cuivre est d'au moins 0,20 en poids. Lorsque la teneur de la fonte en Cuivre est supérieure à 2% en poids, la quantité de phase carbure augmente, ce qui accroSt la dureté et la fragilité de la fonte et altère l'usinabilité des pièces fabriquées en cette fonte ; outre cela, le cuivre peut précipiter à l'état pur, ce qui diminue sa résistance thermique et sa résistance mécanique. On sait que le magnésium est un élément qui sphéroîdies le graphite, ce qui augmente à son tour la résistance de la fonte. Quand la teneur en magnésium est inférieure à 0,005% en poids, la formation de sphéroides de graphite s'accompagne de la formation de lames de graphite qui concentrent les so'licitations et abaissent la résistance mécanique de la fonte. Lorsque la teneur en magnésium est supérieure à 0,04% en poids, il joue le rôle d'un élément stabilisant les carbures, qui augrente la dureté de la fonte et altère l'usinabilité des pièces fabriquées en cette fonte. On sait que le calcium favorise la sphéroidisation du graphite, aug@ente la part de carbone à l'état libre (du graphite) dans la fonte, empoche la formation des carbures et favorise l'élir.ination des sulfures de manganèse et de magnésium de la fonte liquide, en augmentant ainsi la pureté du métal. Les études effectuées montrent que la teneur optimale en calcium de la fonte est de 0,01 à 0,04% en poids. L'abaissement de la teneur en calcium au-dessous de 0,01% en poids diminue son efficacité de son action, tandis que l'accroissement de la teneur en calcium au-dessus de 0,04% en poids augmente considérablement le prix du matériau sans amdliorer notablement ses propriétés. La fonte réfractaire conforte à l'invention est douée de hautes propriétés mécaniques, d'une résistance thermique @levée et d'une dureté réduite en comparaison de celles des fontes connues du mr type. les pièces fabriquées en cette fonte sont facilement usinées sur les machines-outils. La fonte réfractaire proposée peut être préparée par un procédé quelconque connu des spécialistes travaillant dans ce don aine XEMEPLE 1. Dane un four à induction on charge un lit de fusion contenant de la fonte de moulage de haut fourneau, des chutes d'acier et des ferro-alliages. Après la fusion du lit de fusion et son chauffage jusqu'à 1500 C, on traite la fonte par un préalliage cuivre-magnésium à raison de 1% du poids de la fonte licuide. On traite ensuite le bain de fusion avec du silicocalcium à raison de 0,Z- du poids du métal liquide et on coule en moules. La fonte réfractaire obtenue contient (% en poids) carbone 2,8 silicium 1,5 m@nganèse 0,3 aluminium 1,7 chrome 0,5 cuivre 0,2 magnésium 0,04 calcium 0,01 avec des teneurs en impuretés licitées (; en poids) : soufre - jusqu'à 0,07 phosphore - jusqu'à 0,05 le reste étant du fer. Cette fonte est douée d'une haute résistance thermique de l'ordre de 120 g/m2 à la température de 7500C pendant 80 heures de maintien, estimée d'après l'augmentation du poids. Cette fonte peut être utilisée le plus efficaceent dans la production de moules de verre fonctionnant à des températures élevées en contact avec le verre fondu. EXEMPLE 2. En utilisant une technologie de fabrication de la fonte analogue a celle décrite dans l'exemple 1, on peut élaborer une fonte contenant (g en poids) : carbone 4,0 silicium 2,0 manganèse 0,6 aluminium 1,0 chrome 2,3 cuivre 0,8 magnésium 0,005 calcium 0,04 avec des teneurs en impuretés limitées (% en poids) soufre jusqu'à 0,08 phosphore jusqu'à o,o8 le reste étant du fer. Cette fonte possède une dureté et une résistance thermique elevées de l'ordre de 52 g/m2 à la température de 7500C pendant 80 heures de maintien , estimée par augmentation du poids. Cette fonte peut être utilisée avec le plus de succès dans la fabrication des barreaux de grilles des machines d'agglomération. EXEMPLE 3. Ra appliq\;lant la technologie d'élaboration de la fonte décrite dans l'exemple 1, on peut fabriquer une fonte contenant en en poids) carbone 3,6 silicium 3,0 manganèse 0,6 aluminium 3,0 chrome 2,5 cuivre 1,5 magnésium 0,012 calcium 0,015, avec des teneurs en impuretés limitées ( en poids) :: soufre jusqu'à 0,08 phosphore jusqu'à 0,06 le reste étant du fer Cette fonte présente la résistance thermique la plus élevée, de l'ordre de 18 g/m2 à latempérature de 750OC pendant 80 heures de maintien, et peut être avantageuRement utilisée pour la fabrication de pièces de garniture de chaufferie fonctionnant dans des conditions de températures élevées et de milieux gazeux agressifs (gaz sulfureux). EXEMPLE 4. Dn utilisant la technologie de fabrication de la fonte décrite dans l'exemple 1, on peut élaborer une fonte contenant (% en poids) : carbone 3,2 silicium 2,0 manganèse 0,5 aluminium 2,3 chrome 1,0 cuivre 2,0 magnésium 0,01 calcium 0,02 avec des teneurs en iinpuretés limitées (% en poids) : soufre jusqu'à 0,07 phosphore jusqu'à 0,04 le reste étant du fer. Cette fonte est douée d'une résistance mécanique élevée, d'une résistance thermique de l'ordre de 38 g/m2 à la température de 750 C pendant 80 heures de maintien, et d'une bonne usinabi lité sur les machines-outils. Cette fonte eut être utilisée avec beaucoup de succès dans la fabrication des rouleaux transporteurs des laminoirs à tôles. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été @onnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVENDICATION F@nte réfractaire du type contenant du carbone, du silicium, du manganèse, de l'aluminium, du chorme, du fer et en tant qu'impuretés, du soufre et du phosphore, caractérisée en ce que, outre les proportions suivantes de composants (% en poids) carbone 2,8 à 4,0 silicium 1,5 à 3,0 0,1 à 0,6 aluminium 1,0 à 3,p 0,5 à 2,5 elle contient (% en poids) : cuivre 0,2 à 2,0 magnésium 0,005 à 0,04 calcium 0,01 à 0,04 ses teneurs en impuretés étant limitées comme suit (% en poids) soufre jusqu'à 0,08 phosphore jusqu'à 0,10 le reste étant du fer.