Brevet FR2453909A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne une fonte alliée réfractaire qui résiste à une exposition de longue durée à des températures de 500 à 1000"C. La fonte grise est un alliage de fer et de carbone dont le carbone est en majeure partie précipité sous forme de lamies de graphite. Ces lamelles ont une conductivité thermique très élevée dans le sens de leur longueur, laquelle produit l'excellente conductivite thermique de toute la fonte grise. Cette fonte est de ce fait utilisée préférentiellement pour la fabrication de lingotières et de coquilles, chemises de cylindres, guides de soupapes et pièces d'echap- pement. Son application trouve cependant sa limite lorsque le refroidissement extérieur ne peut plus empêcher l'échauffement continu prolongé de toute la paroi de la pièce jusque dans le domaine de température de la décomposition de la perlite.Cela se produit par exemple, avec des collecteurs ou des coudes d'échappement de moteurs dont les gaz d'échappement ont une température élevée et dont le système d'échappement n'est que faiblement refroidi de l'extérieur. I1 est déjà connu, voir la demande de brevet DE-OS 26 08 725 de la République Fédérale d'Allemagne, de produire une fonte alliée réfractaire en ajoutant et en alliant un alliage réfractaire à base de nickel à une fonte. L'objet de l'invention est un procédé pour produire une fonte grise allée réfractaire, qui est essentiellement caracte- risé en ce que, à une fonte grise alliée contenant moins de 0,2 % en poids de phosphore et à l'état fondu, on ajoute tout d'abord 0,1 à environ 3 7. en poids de chrome, nickel, cuivre et molybdène, sous forme de leurs métaux et/ou comme ferroalliage et séparément ou en mélange, puis 0,02 à 0,5 % en poids, rapporté au poids du bain de fonte, de titane, zirconium,hafnium, vanadium, niobium, tantale et tungstène, également sous forme de leurs métaux etlou comme ferroalliage et séparément ou en mélange, et, peu avant la coulee, on y ajoute un agent de nitruration. La fonte produite selon l'invention convient excellemment pour des pièces exposées à des températures élevées respectivement à une forte sollicitation aux chocs thermiques, pour des collecteurs d'échappement par exemple. Un autre objet de l'invention est donc lutilisation de la fonte alliée produite selon ce procéde pour fabriquer des pièces exposées en service à de hautes températures et/ou à une forte sollicitation aux chocs thermiques, notamment des pièces de systèmes d'échappement. Une particularité typique de l'alliage produit selon le procédé de l'invention est que, à l'état fondu, il contint, à cate de perlite lamellaire fine, pouvant se décomposer partiellement à l'exposition à une température élevée (de l'ordre de 700 à 800"C par exemple), de fines précipitations thermiquement stables de "carbonitrure". Ce terme désigne un composé mixte d'un carbure et d'un nitrure du même element, tel que le carbonitrure de niobium NbC/NbN. En raison de la miscibilité sans lacunes, le rapport carbure/nitrure peut varier dans tout le domaine allant du carbure pur au nitrure pur. Les carbonitrures présents dans les alliages polynaires ont le plus souvent une composition complexe en ce sens qu'ils peuvent contenir plusieurs des métaux mentionnés ci-dessus. La formation de carbonitrures peut être décelée de façon relativement simple par des coupes métallographiques des pièces moulées. Le procédé selon l'invention apporte une méthode relativement simple pour distribuer des carbonitrures aussi finement que possible dans la fonte et pour créer ainsi une forte résistance aux hautes températures.On utilise à cet effet un bain de fonte alliée de la classe GG-25 selon la norme DIN 1691 par exemple, ayant une faible teneur en phosphore, c'est-à-dire une teneur en phosphore Si possible inférieure à 0,2 et de préférence inférieure à 0,15 % en poids, auquel on ajoute tout d'abord des éléments d'alliage métalliques tels que chrome, nickel, cuivre, molybdène, individuellement et/ou en mélange, en une quantité allant de 0,1 à 3 7. en poids du bain, par exemple, 1 % Ni, 0,5 Z Cr, 0,3 % Mo et 0,25 % Cu.Ensuite, on ajoute à cet alliage environ 002 à 0,5 % en poids de titane, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantale et tungstène, individuellement et/ou en mélanges quelconques, l'addition de titane seul n'étant cependant pas très favorable pour les propriétés ultérieures des pièces fabriquées. Après cela, on ajoute un agent de nitruration au bain d'alliage. Cette addition peutavoir lieu, par exemple, lorsque la fonte est coulée du four de fusion ou d'un four de maintien à température dans une poche en vue de la coulée des pièces. Les agents de nitruration qui conviennent sont ceux employés dans la métallurgie de l'acier, tels que les ferroalliages azotés désignés en abrége par FeCrN, FeMnN, FeMnVn, de même que les produits chimiques à base de cyanamide, tels que "Mecazote", "Granazote", etc.Les agents de nitruration sont ajoutés en quantité telle que la quantité d'azote apportée soit comprise entre 5 et 50 rh, de préférence entre 20 et 50 % en poids de la quantité stoechiométriquement nécessaire à la formation de nitrure métallique pur. Le terme "nitrure métallique" désigne ici les nitrures de titane zirconium} hafnium, vanadium, niobium, tan tale et/ou tungstène. Toutefois, la quantité d'azote ajoutée ne doit pas dépasser 0,1 % en poids (rapporté au poids du fer), constituant une valeur absolue maximale, même lorsque la teneur en éléments formateurs de carbonitrure est plus élevée. Le "surplus" ainsi créé en éléments formateurs de carbonitrure n'a pas une influence nuisible sur la fonte mais augmente au contraire sa résistance à- la traction. le degré exact de nitruration depend des conditions de fusion, des agents de nitruration employés, des éléments formateurs de carbonitrure ajoutes et des méthodes d'addition. La valeur optimale doit donc être déterminée dans chaque application. C'est ainsi que des quantités d'azote allant de 5 à 20 % des doses stoe chiométriquement nécessaires suffisent déjà pour obtenir de fines précipitations de carbonitrure, bien qu'il soit préférable d'ajuster les quantités d'azote utilisées. entre 20 et 50 % de ces doses. Il n'est pas non plus 'à exclure qu'il faille majorer les quantités indiquées ci-dessus d'environ 50 à 100 % dans des conditions de service défavorables. Les fines précipitations de carbonitrure sont stables sous des températures dans le domaine de la décomposition de la perlite, elles ne s'agglutinent pas et elles empêchent ainsi la diminution excessive de la résistance à la traction. l'usinabilité de la fonte n'est pratiquement pas changée par ce genre de précipitation. Les fontes alliées réfractaires produites selon le procédé de l'invention conviennent particulièrement pour des pièces moulées qui, d'une part, sont exposées de façon continue à des températures très levées, d'autre part, sont exposees de façon alternante à des températures elevees, comme c'est le cas dans les systèmes d'échappement. La teneur en éléments d'alliage assure également une résistance suffisante après une longue durée de service, après un kilométrage de 100 000 kilomètres d'une voiture par exemple. REVEND I OA T I O N S 1. Procédé pour produire une fonte grise alliée ayant une grande résistance aux températures élevées a caractérisé en ce que, a une fonte grise alliée contenant moine de 0,2 % en poids de phosphore, rapporté a la teneur en fer, et l'état fondu, on ajoute tout d'abord 0,1 a environ 3 % en poids rapporté la teneur en fer, de chrome, nickel, cuivre et molybdène, sous formede leurs métaux et/ou comme ferroalliage et séparément ou en mélange puis 0,02 A 0,5 % en poids, rapporté å la teneur en fer, de titane, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantale et tungstène, sous forme de leurs métaux et/ou comme ferroalliage et séparément ou en mélange, et, peu avant la coulée on y ajoute un agent de nitruration. 2. Procédé selon la revendication 1, caracterisé en ce que l'on ajoute une telle quantité d'agent de nitruration que 5 å 50 % des éléments formateurs de carbonitrure ajoutés puissent être transformés an nitrure, 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on ajoute tout au plus 0,1 % en poids - rapporté a la quan- tité de fer - d'agent de nitruration. 4. Alliage produit par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par son utilisation pour la fabrication de pinces exposes a des températures élevées. 5. Alliage selon la revendication 4, caractérisé par son utilisation pour la fabrication de pièces exposées å une forte solli- citation aux chocs thermiques. 6. Alliage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par son utilisation pour la fabrication de pièces de systèmes d'échappement de véhicules å moteur.