Brevet FR2427392A1 — publié le 19791228

La présente invention concerne la métallurgie et a notamment pour objet un inoculant pour la fonte et un procédé d'utilisation dudit inoculant en sidérurgie, notamment en fonderie. On connaît universellement des inoculants pour la fonte, utilisés pour diminuer le blanchiment (couche blanche) à la surface des moulages à parois minces en fonte. Le brevet nO 48-43007 délivré au Japon décrit un inoculant contenant, en poids : 15 à 3046 de métaux de terres rares, 10 à 20,' de calcium, 5 à 7 46 d'aluminium, le reste étant du silicium. Toutefois, son pouvoir graphitisant, déterminé par la valeur du blanchiment sur une éprouvette technologique en coin, ne permet pas d'obtenir en moules métalliques des moulages à épaisseur de paroi de 5 à 10 mm sans blanchiment. La couche de fonte blanche à la surface des moulages a de basses propriétés mécaniques, aussi de tels moulages sont-ils soumis à un recuit à haute température dans des fours de traitement thermique afin d'améliorer leur qualité et leur usinabilité. Le recuit à haute température est lié à des dépenses d'énergie importantes, aussi est-il naturel que l'on ait cherché à créer pour la fonte un inoculant permettant d'obtenir des moulages sans blanchiment. Toutefois, la création d'un tel inoculant pour la fonte se heurte à une série de difficultés; quant aux inoculants connus et les procédés d'utilisation de ces inoculants, ils ne permettent pas de résoudre le problème. Le recuit à haute température, appliqué à l'heure actuelle aux moulages obtenus dans des moules métalliques, provoque un abaissement des propriétés physico-mécaniques des moulages, par suite de l'apparition dans la fonte d'une structure ferritique ou ferrito-perlitique. L'absence d'inoculants de fonte susceptibles de permettre la fabrication de moulages à parois minces sans blanchiment, ne permet pas de réduire les dépenses d'énergie électrique, d'emploi de fours pour le recuit, d'équipements auxiliaires et de personnel. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est proposé de créer un inoculant pour la fonte, dont la composition et le procédé d'utilisation seraient tels qu'ils permettraient d'obtenir en moules métalliques des moulages en fonte à parois minces sans blanchiment à leur surface, d'améliorer la qualité des moulages en fonte et d'abaisser le cott de leur fabrication, grâce à la suppression de recuit à haute température, des équipements coûteux, ainsi qu'à la réduction du personnel. La solution consiste en un inoculant pour la fonte, contenant du silicium, des éléments de terres rares, du calcium, de l'aluminium et du fer, dans lequel, d'après l'invention, il y a en outre du carbone et du soufre, la composition pondérale dudit inoculant étant la suivante silicium ...................... de 30 à 40 %, élément de tgerres rares ...... de 2 à 8 %, calcium ....................... de 10 à 20 %, aluminium ..................... de 15 à 30 %. carbone ........................ de 10 à 30 96, soufre ...................... de 0,1 à 0,3 ,', fer ............................. le reste. Si les taux de silicium, calcium et aluminium sont inférieurs aux valeurs minimales indiquées, la stabilité du processus de graphitisation de la fonte inoculée n'est plus assurée. Si les taux de silicium, calcium, et aluminium sont supérieurs aux valeurs maximales indiquées, les propriétés physico-mécaniques de la fonte inoculée s'altèrent. Un taux d'éléments de terres rares, de cérium par exemple, inférieur au minimum indiqué n'assure pas la graphitisation de la fonte Si le taux d'éléments de terres rares est supérieur au maximum indiqué, le taux de cémentite libre augmente brusquement dans la structure de la fonte. Si les taux de carbone et de soufre dans l'inoculant sont inférieurs aux minimums indiqués, la formation des centres nécessaires de cristallisation du graphite n'est plus assurée lors de la solidification de la fonte. Si les taux de carbone et de soufre sont supérieurs aux maximums indiqués, les propriétés physico-mécaniques de la fonte s'altèrent, Il est avantageux que les constituants indiqués de l'inoculant de fonte soient introduits dans la fonte liquide sous forme d'un mélange d'alliages et de coke de fonderie, pria dans les proportions pondérales suivantes silicocalcium .................. de 30 à 55 96, alliage silicium - terres rares ... de 5 à 25 %, alliage silicium-aluminium (alpax) s s de 15 à 30 ,', coke de fonderie .................... de 10 à 30 %. Un taux de silicocalcium dans l'inoculant inférieur au minimum indiqué n' assure pas l'obtention des taux voulus de silicium et de calcium dans la fonte. L'augaentation du taux de silicocalcium au-dessus du maximum indiqué se traduit par une altération des propri6- tés physico-mécaniques de la fonte inoculée. Si le taux d'alliage silicium-terres rares dans l'inoculant est inférieur au minimum indiqué, les taux voulus de silicium et d'éléments de terres rares ne sont pas assurés. Si le taux d'alliage silicium-terres rares est supérieur au maximum indiqué, il se produit une augmentation brusque du blanchiment superficiel sur les moulages. Si le taux d'alliage allicium-alminnm est inférieur au mintam indiqué, la stablité de la graphitisation n'est plus assurée. Si le taux d'alliage silicium-aluminium est aug mentie au-dessus du maximum indiqué, les propriétés physicomécaniques et de fonderie de a fonte s'altèrent. Si le taux de coke de fonderie est inférieur au minimum indiqué, l'apparition des centres nécessaires de cristallisation du graphite n'est plus assurée lors de la solidification de la fonte. Si le taux de coke de fonderie est supérieur au maximum indiqué, les propriétés physico-mécaniques de la fonte inoculée s'altèrent. Il est préférable d'ajouter l'inoculant conforme à l'invention à la fonte liquide à un taux pondéral de 0,4 à 0,8 %. L'introduction dans la fonte liquide d'une quantité d'inoculant inférieure au minimum indiqué ne permet pas d'obtenir des moulages à parois minces et en coquilles sans blanchiment superficiel. L'introduction dans la fonte liquide d'une quantité d'inoculant supérieure au maximum indiqué altère les proprié- tés physico-mécaniques et de fonderie de la fonte inoculée, et augmente le prix de revient des produits fabriqués. Pour une meilleure compréhension de l'invention, des exemples non limitatifs de compositions chimiques de l'inoculant sont décrits dans les tableaux ci-dessous, ainsi qu'un mode non limitatif de mise en oeuvre du procédé proposé d'utilisation dudit inoculant. L'élément de terres rares choisi dans les exemples estale cérium. Compositions pondérales de l'inoculant, % Selon l'invention Constituants : : Inoculant : Valeurs : Exemples : connu : : : : extrêmes : I : II : III : Silicium : 30-40 : 30 : 34 : 40 : le reste élément de : : : terres rares: : r Cérium : 2-8 : 8 : 15 : 2 : 20 Calcium : 10-20 : 10 : 14 : 20 : 15 Aluminium : 15-30 : 15 : 25 : 30 : 7 Carbone : 10-30 : 30 : 20 : 10 : - Soufre : 0,1-0,3 : 0,3 : 0,2 : 0,1 : - Fer : le reste: :le reste: : L'inoculant de fonte conforme à l'invention a un pouvoir graphitisant élevé. Cela résulte du fait que le carbone introduit dans la fonte en fusion n'a pas le temps de sty dissoudre complètement, et les particules solides restantes jouent le rôle de germes pour la formation d'inclusions de graphite. En outre, le soufre ajouté à l'inoculantnéagit avec les constituants de l'inoculant chimiquement actifs vis-à-vis de lui (éléments de terres rares et calcium), en formant des composés à haut point de fusion, dont les particules jouent elles aussi le rôle de germes pour la cristallisation du graphite. L'emploi de l'inoculant suivant le procédé conforme à l'invention assure les pourcentages indiqués des ingrédients. Selon ce procédé, l'inoculant est introduit sous forme d'un mélange contenant du silicocalcium, un alliage silicium -terres rares, un alliage silicium-aluminium (alpax) et du coke de fonderie, dans les proportions pondérales suivantes silicocalcium o de 30 à 55%, alliage silicium-terres rares e.. de 5 à 25%, sciage silicium-aluminium .......... de 15 à 30%, coke de fonderie ........... de 10 à 30 %. L'action graphitisante de l'inoculant est assurée en l'introduisant dans la fonte liquide à un taux pondéral de 0,4 à 0,8,'. Pour l'obtention expérimentale de l'inoculant on a préparé trois mélanges de constituants, contenant respectivement en poids : 30, 40 et 55% de silicocalcium, 25, 15, et 5% de silicomischmétall, 15, 25 et 30% d'alpax, 30, 20 et 10% de coke. Avec chacun de ces mélanges on a inoculé de la fonte. Pour la comparaison, on a inoculé parallèlement la meme fonte avec un inoculant connu. La valeur du blanchiment été déterminée d'après une éprouvette technologique en coin par rapport à la fonte inoculée. Dans les éprouvettes technologiques les valeurs du blanchiment de la fonte étaient les suivantes ( voir le tableau) : Taux pondéral d'inoculant ajouté, % : : Inoculant : 0,2 0,4 0,6 0,8 fonte non inoculée : valeur du blanchiment, en mm Inoculant : connu : 5,2 4,3 3,2 2,6 16 Exemple I : : Silicocalcium 30 % : Silicomischmétall 25 % : Alpax 15 % : Coke 30 % : Exemple II : : Silicocalcium 40 % : 1,8 0,8 0,0 0,0 16 Silicomischmétall 15 % : Alpex 25 % : Coke 20 % : Exemple III : : Silicocalcium 55 % : 2,5 1,4 0,0 0,0 16 Silicomischmétall 5% : Alpax 30 % : Coke 10 % : : La composition chimique indiquée de l'inoculant conforme à l'invention et le procédé d'utilisation de cet inoculant permettent d'assurer une action graphitisante plus forte (ce qui est mis en évidence par le tableau) qu'avec l'inoculant connu dans la fabrication des moulages en fonte. Si le taux d'inoculant dans la fonte est abaissé audessous du minimum indiqué, on n'atteint pas la diminution requise du blanchiment, et s'il est augmenté au-dessus du maximum indiqué, le changement du blanchiment est insignifiant. Le pouvoir graphitisant plus fort de l'inoculant faisant l'objet de l'invention permet d'obtenir des moulages en fonte à parois minces sans blanchiment, ce qui améliore leur usinabilité, permet de supprimer le recuit de graphitisation et d'abaisser le coat de fabrication des moulages. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés 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 guises en oeuvre dans le cadre des re vendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. - Inoculant ae fonte, du type contenant du silicium, des éléments de terres rares, du calcium, de l'alumi- nium et du fer, caractérisé en ce qu'il contient aussi du carbone et du soufre, la composition pondérale de l'inoculant étant la suivante silicum ....................... 30 à 40 %, élément de terres rares ..*.... 2 à 8 %, calcium .......................... 10 à 20 ,', aluminium ....................... 15 à 30 %, carbone ......................... 10 à 30 %, soufre .......................... 0,1 à 0,3 %, fer ............................. le reste. 2. - Procédé d'utilisation de l'inoculant faisant l'objet de la revendication 1, caractérisé en ce que les constituants indiqués sont introduits sous forme d'un mélange d'alliages et de coke de fonderie dans les proportions pondérales suivantes silicocalcium o.. ........ 30 à 55 ,', alliage silicium-terres rares .. 5 à 25 %, alliage silicium-aluminium .... 15 à 30 %, coke de fonderie . ..... 10 à 30 %. 3. - Procédé d'utilisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'inoculant est introduit dans la fonte liquide à un taux pondéral de 0,4 à 0.8 %. 4. - La fonte caractérisée en ce qu'elle est traitée par l'inoculant faisant l'objet de la revendication 1 utilisée conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 2 et 3.