Brevet FR2410677A1 — publié le 19790629

Dans une fonte, la structure dépend, dans une large mesure des particules étrangères présentes dans la masse en fusion (création de germes) et de la vitesse de refroidissement (croissance cristalline). La création simultanée de germes dans le plus grand nombre de points possibles est souhaitable pour obtenir un matériau ayant de bonnes propriétés. Le nombre des particules étrangères efficaces dépend du bain de fusion et de la charge, de l'agrégat fondu et de la façon dont la fusion est conduite. En outre, le nombre des particules étrangères efficaces peut encore etre influencé par un traitement d'ensemencement. Dans un traitement d'ensemencement, on ajoute à la fonte, à l'état fondu, avant la coulée, un matériau d'ensemencement (par exemple, un élément d'affinage d'oxygène sous la forme d'un alliage d'ensemencement à base de ferrosilicium). Cela peut se- faire de différentes manières. Toutefois, on a trouvé très commode d'ajouter, d'une manière continue, en quantité dosée, le produit d'ensemencement pendant une opération de remplissage, par exemple le remplissage- d'une poche de coulée avec le fer liquide, le fer sortant en coulant d'une ouverture de décharge, au lieu de l'ajouter dans du fer -liquide au repos, ce qui procure une manière particulièrement simple d'obtenir une distribution homogène du matériau d'ensemencement dans le fer liquide. L'ensemencement joue un rôle très important pour garantir de bonnes propriétés au matériau. Un de ses buts est d'augmenter la capacité de formation de graphites (du type- A) avec une distribution statistique optimale. Avec un tel dégagement de graphite pendant la solidification, on diminue ou lion évite complètement ce qu est convenu d'appeler des solidifications blanches, laquelle est un indice de a création de ledeburit. De plus, l'ensemencement doit égaliser l'édifice de la structure, avec des compositions égales de matériau, à l'intérieur des pièces coulées avec des vitesses de refroidissement différentes. La précision des propriétés mécaniques, qui dépendent principalement des-facteurs mentiormés ci-dessus, et l'amélioration du degré de fini des pièces coulée dépendent du traitement d'ensemencement. D'apres les connaissances récentes, l'ensemencement de la fonte se comprend comme un processus de désoxydation,- bien qu'à propos des processus complexes d'ensemencement par des produites de désoxydation, il n'existe encore pas d'explications claires complètes. Une condition importante est que la masse en fusion contienne suffisamment d'oxygène. Cette condition n'est pas, suivant les conditions de production métallurgiques, fréquemment remplie, et donc l'action d'un ensemencement sur la création des germes. et la richesse du bain en fusion en germes demeure faible. Cela est particulièrement valable pour un bain fondu de fonte dans un four à creuset à induction fonctionnant à la fréquence du réseau, et dans le stockage et le maintien à haute température dans des fours de coulée à induction fonctionnant à la fréquence du réseau.Dans cette technique, pour la fonte liquéfiée ou maintenue à haute température, il faut pour l'ensemencement prévoir une très grande quantité de matériau d'ensemencement. Cependant, on a quand même le risque que même une addition d'une grande quantité de matériau d'ensemencement à base de ferrosilicium, à raison de par exemple 0,4% en poids, ou l'utilisation d'alliages d'ensemencement spéciaux comportant des éléments très efficaces,comme le calcium, le zirconium, le strontium ou le baryum n'aient aucun effet ou n'aient qu'un faible effet d'ensemencement (augmentation de la capacité de création de graphite du type A, et réduction ou élémination de la solidification blanche.Outre une consommation excessive de matériau d'ensemencement, les résultats d'un ensemencement insuffisant entrainent des propriétés des matériaux insuffisantes et fortement dispersées à l'intérieur d'une pièce de fonderie et d'une pièce à une autre, et de mauvaises possibilités d'usinage de pièces, ainsi que des proportions élevées de rebuts et de reprises entratnant de grandes dépenses pour assurer la qualité voulue. Pour réduire l'influence néfaste d'un ensemencement réduisant la quantité d'oxygène du bain fondu qui devient insuffisante, on sait déjà faire usage d'une sursaturation dosée de la fonte en oxygène dissous, dans laquelle avant l'ensemencement, on insufle de l'air dans le fer en fusion ou on aJoute un oxyde fer au fer en fusion. Ainsi, on améliore l'ensemencement et, donc, on diminue la consommation en matériau d'ensemencement. Mais la nécessité d'un prétraitement séparé à l'oxygène du fer en fusion est un inconvénient. Ce prétraitement entraîne une étape supplémentaire dans le processus et, par conséquent, est onéreux; il doit, pour être efficace, être exécuté dans le temps, en relation précise avec le traitement d'ensemencement. En outre, dans un grand nombre de cas, il n'est pas du tout exécutable. En relation avec la méthode consistant à aJouter le matériau d'ensemencement dans la fonte entrain de couler, il est connu, d'après la demande de brevet allemand 2 554 782, en supplément de sursouffler la fonte en train de couler, pendant l'addition du matériau d'ensemencement, mais également avant et après, avec de l'oxygène (sous la forme d'oxygène simple ou d'une atmosphère enrichie en oxygène). Donc, des conditions extraordinairement favorables sont créées pour la création de germes étrangers et la précipitation de particules d'oxyde dans le jet de coulée et dans la poche de coulée. Cet effet est encorerenforcéquand, en plus, on enrichi encore le matériau d'ensemencement avec de l'oxygène avant son contact avec le fer en fusion. Un tel enrichissement séparé en oxygène du matériau d'ensemencement est, par nature, plus simple et plus facilement exécutable qu'un prétraitement à l'oxygène du bain en fusion de fonte. Ce procédé suivant la demande de brevet allemand 2 554 782, permet un traitement d'ensemencement plus favorable au point de vue cott et plus sflr et permet d'obtenir un ensemencement régulier avec une quantité relativement plus faible de matériau d'ensemencement. Comme matériau d'ensemencement, on prévoit les matériaux usuels qui influencent favorablement la formation de graphite ( de type A) dans la fonte et qui aident à réduire les traînées blanches de ledeburit. D'une manière surprenante,- il a été mis en évidence qu'une augmentation essentielle de l'action de l'addition du matériau d'ensemencement était atteinte , suivant l'invention, en ce qu'on fait entrer en action le matériau d'ensemencement en combinaison avec des métaux de terresrareset/ou des composés métalliques de terres rares. Donc on peut introduire le matériau d'ensemencement d'une façon traditionnèlle dans le fer immobile. Toutefois il est beaucoup plus approprié d'introduire le matériau d'ensemencement dans le fer en train de couler et, en même temps, de faire.usage du procédé suivant la demande de brevet allemand Z 554 782, ce qui signifie de sursouffler le fer en train de couler avec de l'oxygène et/ou d'enrichir le matériau d'ensemencement avec de l'oxygène. La combinaison du matériau d'ensemencement avec les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares peut entre effectuée de différentes manières. On peut mélanger le matériau d'ensemencement avec les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares et ajouter le mélange sous cette forme au bain fondu. Mais on peut également prévoir une entrée en action séparée de ces deux composants dans laquelle, le bain est mélangé d'une part avec le matériau d'ensemencement et d'autre part avec une substance contenant Ies métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares. La succession des additions de ces deux composants est donc indifférente et, dans une large mesure est définie à l'occasion de la mise en pratique. La substance contenant,les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares peut être ajoutée au bain fondu avant et/ou après le traitement d'ensemencement. Les deux composants peuvent également être introduits simultanément dans le bain fondu. Comme métaux de terres rares et/ou composés métalliques de terres rares, entrent en ligne de compte, dans le cadre du procédé suivant l'invention, les matériaux à base d'oxydes de métaux de terres rares, de cérite, de siliciures de métaux de terres rares, comme le siliciure de cérium, des métaux mélangés avec du cérium ou des composés voisins. Des substances qui contiennent plusieurs métaux de terres rares peuvent aussi être utilisées avec avantage. La quantité de métaux de terres rares et/ou de composés métalliques de terres rares à mettre en oeuvre dans le procédé suivant l'invention peut varier dans de larves limites et, en premier lieu, correspond aux exigences de la mise en oeuvre pratique, et en particulier, au type et à la composition du bain fondu. Si on utilise comme matériau d'ensemencement un matériau qui contient mélangés les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares, la teneur en métaux de terres rares et/ou en composés de terres rares dans le matériau d'ensemencement est, de préférence, de tordre de 5 à 20X en poids.Si on ajoute séparément le matériau d'ensemencement et une substance contenant les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares, on prévoit de préférence, une quantité rapportée à la quantité de fer, de 0,03 à 0,12 % en poids de métaux de terres rares. On a trouvé qu'avec le procédé suivant l'invention, en particulier quand on combine avec un gazage à l'oxygène du fer en fusion, ltensemencement est intensifié. Il en résulte une augmentation du nombre des germes et, donc, une multiplication des noyaux eutectiques par unité de surface, ainsi qu'une réduction de la surfusion a T apparaissant avec la solifidication eutectique, qui sont tout à fait significatifs par rapport à l'avantage déjà procuré quand on utilise seul le gazage à l'oxygène suivant la demande de brevet 2 554 782. Simultanément on constate une décroissance plus lente de l'action d'ensemencement si bien que la formation désirée de graphite (du type A), qui conduit à des pièces coulées ayant des propriétés anéliorées, est obtenue, en plus grande quantité pendant un intervalle de temps plus long. Les avantages que l'on peut obtenir avec le procédé suivant l'invention se confirment, d'une manière significative, par les résultats d'essais comparatifs. Pour les essais comparatifs, on a pris des bains fondus identiques de fonte qui étaient ensemencés suivant le procédé de la demande de brevet allemand 2 554 782. Les bains étaient traités, pour l'un, avec un matériau d'ensemencement connu à base de ferrosilicium (exemple de comparaison) et, pour l'autre, avec le mêrre matériau d'ensemencement et, en plus, avec un métal mélangé de cérium (exemple de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention). Par plusieurs bains òndus provenant d'un four à creuset à induction et d'un cubilot à vent chaud, on a relevé les courbes de solidification et, donc, calculé les quantités de chaleur de cristallisation. Cela a été fait en utilisant l'analyse thermodifférentiel suivant la méthode connue sous le nom de système de Wlodawer Rabus (Revue autrichienne de fonderie comparée, N0 19 (1972), pages 114 à 121 et 147 à 153. Il est apparu,pour de mêmes degrés de saturation du fer, une augmentation de la chaleur de cristallisation dentritique de par exemple 15 cal/g à 17 cal/g et une réduction de la chaleur de cristallisation eutectique de par exemple 46 cal/g à 43 cal/g, dtoW l'on peut supposer des conditions améliorées pour la formation de graphite du type A. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits cidessus en relation avec des exemples de mise en oeuvre, il fcaat comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite par la portée de l'invention0 REVENDICATIONS 1) Procédé pour le traitement d'ensemencement de bains fondus de fonte par addition régulière d'un matériau d'ensemencement à la masse fondue, caractérisé en ce que le matériau d'ensemencement est mis en oeuvre en combinaison avec des métaux de terres rares et/ou des composés métalliques de terres rares. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, comme matériau d'ensemencement, on utilise un matériau qui contient des métaux de terres rares et/ou des composés métalliques de terres rares. 3) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la masse fondue est mélangée séparément avec le matériau d'ensemencement et avec une substance contenant les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares. 4) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, comme métaux de terres rares et/ou composés métalliques de terres rares, on utilise du cérium et/ou des composés de cérium. 5) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau d'ensemencement, ainsi que le cas échéant la substance contenant les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares, est ajouté, pendant une opération de remplissage, d'une manière régulière, au fer coulant d'une ouverture de décharge. 6) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, avant, pendant et/ou après l'addition du matériau d'ensemencement et, le cas échéant, de la substance contenant les métaux de terres rares et/ou les composés métalliques de terres rares, le fer coulant est, de plus, sursouffler avec de l'oxygène. 7) Procédé suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, avant de le mettre en contact avec le fer, le matériau d'ensemencement est enrichi avec de l'oxygène.