Brevet FR2478501A1 — publié le 19810925

La présente invention concerne un moule de coulée destiné au traitement de métal fondu, notamment de fontes en vue de préparer de la fonte à graphite sphéroldal et/ou de la fonte vermiculaire. Il est connu de mettre de la fonte à l'état fon- du en contact dans le moule de coulée avec les agents de traitement les plus divers, ne serait-ce que pour influen- cer la texture de base ou la forme du graphite. A cet effet,on tire parti du fait que le traitement est d'autant plus efficace que la durée qui s'écoule entre l'addition de l'agent de traitement et la solidification de la masse fondue est plus brève (demande de brevet mise à l'inspec- tion publique en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 12 48 239, demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne No. 11 72 806). Dans un autre procédé connu par la demande de brevet mise à l'inspection publique en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 25 18 367, en vue de préparer de la fonte à graphite sphéroldal, on prévoit un moule de coulée à chambre intermédiaire et il est déterminant que la surface des agents formant le gra- phite sphéroîdal se trouvant dans la chambre intermédiaire reste toujours la même. On considère à cet effet queidans la chambre intermédiaire du moule de coulée utilisé dans le procédé connu, la caractéristique déterminante est la surface de base de la chambre intermédiaire,tandis que les autres dimensions de la chambre sont considérées com- me sans importance. Grâce à la chambre de réaction antérieure, on a déjà pu obtenir des résultats satisfaisants et une utili- sation favorable de l'agent de traitement, mais ce procé- dé ne s'applique pas dans tous les cas auxrapportsprati- quésen fonderie. L'invention vise à assurer un traitement unifor- me du métal fondu entrant dans le moule de coulée et à éviter tout excès d'agent de traitement. L'invention y parvient par un moule de coulée des- tiné à la fabrication de pièces moulées en fonte à gra- phite vermiculaire et/ou en fonte à graphite sphztl6a coe- prenant une chambre intermédiaire interposée dans un système de coulée entre la descente et l'entrée du mou- le de coulée proprement dit, cette chambre étant desti- née à recevoir les agents fournissant le graphite et à les mettre en contact avec la fonte à l'état fondu. Un moule de coulée du type précité est perfectionné suivant l'invention par une chambre intermédiaire en forme de tronc de pyramide, dont la surface de base rectangulaire se trouve dans le plan de joint du moule. La fonte à l'état fondu pénétrant dans le mou- le de coulée subit une réaction par contact avec l'agent de traitement. Comme on l'a trouvé, la durée de la cou- lée est plus grande dans un système de coulée avec incor- poration d'agent de traitement que dans un système de coulée sans incorporation d'un tel agent. L'augmentation de la durée de coulée provient de l'augmentation de la résistance à l'écoulement,qui oppose les masses fondues réagissant sur l'agent de traitement aux masses fondues s'écoulant ensuite. En outreil se produit une accumu- lation en retour après le remplissage au-dessus du plan du joint du moule. Or, comme la durée de séjour du fer dans la chambre augmentepuisque la durée de coulée aug- mente, il faut offrir une surface de l'agent de traite- ment devenant de plus en plus petite en fonction de la durée de coulée pour effectuer un traitement uniforme de la masse fondue, par exemple un traitement uniforme de la fonte à l'état fondu à l'aide de magnésium ou d'un alliage en contenant. Suivant l'invention, la chambre de réaction du moule de coulée est agencée sous la forme d'un tronc de pyramide inversé,dont la surface de base se trouve dans le plan de joint du moule. La surface de base rec- - tangulaire est notamment carrée. La hauteur du tronc de pyramide représente avantageusement de deux à trois fois la longueur du côté de la surface de base. Les faces la- térales de la chambre de réaction en forme de tronc de py- ramide sont inclinées par rapport à la surface de base d'un angle de 500 à 80 au plus. Cette inclinaison assure que le courant de fer fondu qui y pénètre jaillit au-dessus des parois opposées à la descente et se mélange obligatoire- ment. Au sens de l'invention, la chambre de réaction en forme de tronc de pyramide pourrait aussi avoir la forme d'un ponton. Suivant une variante, la chambre de réac- tion peut avoir la forme d'un tronc de cône. Suivant un autre mode de réalisation, la sortie de la chambre est à angle droit par rapport à l'entrée de celle-ci. En outre il est prévu une différence de niveau entre l'entrée de la chambre et la sortie de celle-ci de manière à ce que l'ou- verture de sortie pour la masse fondue se trouve au-dessus du niveau de l'ouverture d'entrée. Grâce à celaon ob- tient que la masse fondue qui s'écoule ensuite ne puisse pas s'en aller sans être traitée au-dessus de celle qui se trouve dans la chambre de réaction et qui réagit avec l'agent de traitement. Un système de coulée agencé de manière avantageu- se est donc constitué de la descente 1, de la chambre 2 de réaction en forme de tronc de pyramide suivant l'inven- tion, de la sortie 3 de la chambre de réaction et d'une intersection dans un canal 4 ménagé dans le châssis de dessus. Le cas échéant, le canal ménagé dans le châssis de dessus peut contenir aussi un ralentisseur 5 de laitier. 6 désigne l'attaque (figure 1). Le moule de coulée est utilisé pour traiter des métaux fondus, notamment pour fabriquer des pièces de coulée en fonte à graphite vermiculaire et/ou à graphite sphéroldal. L'agent formant le graphite peut être appor- té dans la chambre de réaction tronc-pyramidale sous la forme de morceaux, sous forme agglomérée, sous forme de poudres ou sous forme de corps versés dans la masse fon- due, par exemple de billes, de cylindres ou de troncs de cÈne. Ces-agents de traitement de fonte à l'état fondu sont connus et sont par exemple le magnésium ou des alliages ihaltres en contenant. Pour la préparation de fer à graphite sphéroldal, un alliage contenant du magnésium qui convient a par exemple la composition suivante: 3 à 15% en poids de magnésium à 70% en poids de fer le cas échéant 0,3 à 2,5% en poids de calcium le cas échéant 0,3 à 2,0% en poids de métaux des terres rares, la proportion en Cer étant de 50% en poids, celle en lanthane de 20 à 30% en poids et le reste étant d'au- tres métaux de terres rares, le solde étant constitué par du silicium. Dans un alliage du type précité ayant des mé- taux des terres rares, il s'est en outre avéré bon de remplacer,en tout ou partiepar du lanthane le cérium- métal mixte utilisé habituellement dans la technique des alliages. Dans ce cas,la proportion des autres métaux des terres rares dans le lanthane doit être plus petite que 20% en poids. En conséquence,un alliage maître com- prenant des métaux des terres rares a de préférence une teneur en lanthane de 0,2 à 1,0% en poids. Pour la fabrication de fonte à graphite vermi- culaire, un alliage ayant notamment la composition sui- vante convient parfaitement 3,0 à 4,0% de magnésium 3,0 à 4,5% de métaux des terres rares 4,0 à 5,5% de titane 0,1 à 1,0% de calcium ,0 à 55,0% de silicium solde fer L'invention procure un grand nombre d'avan- tages lors du traitement de fonte à l'état fondu. Elle permet de mettre entièrement le graphite sous forme sphé- roldale ou sous forme vermiculaire, puisqu'il se produit pendant l'unité de temps un traitement uniforme de la masse fondue dans la chambre de réaction par l'agent de traite- ment et d'en assurer l'utilisation d'une manière économi- que. Il n'est pas nécessaire qu'il y ait un excès d'agent de traitement. En raison de la géométrie particulière de la chambre de réaction, on obtient une adaptation fonctionnel- le de la face supérieure de la chambre à la capacité de coulée qui se modifie en fonction du temps pendant la cou- lée. En raison de la possibilité de donner à la chambre de réaction un angle variable entre la surface de base et les faces latérales, on peut avoir une gamme plus large de capacité de coulée. Le moule de coulée suivant l'inven- tion est insensible aux fluctuations de la structure du grain de l'alliage et provoque un meilleur mélange de la masse fondue en rendant optimal le rendement de l'alliage maître. Le moule de coulée suivant l'invention assure le mieux possible,en outre,la séparation du laitier, de sorte que la pièce coulée en est absolument exempte. Les exemples suivants illustrent l'invention. Exemple 1 Dans un four à induction, on fond un fer de base ayant la composition suivante: 3,75% de C, 2,10% de Si, 0,12% de Mn, 0,035% de P et 0,010% de S, le solde étant du fer. Dans la chambre intermédiaire en forme de tronc de pyramide ayant une surface de base de 45 x 45 mm et un volume de 605 cm3, on met,en tenant compte de la teneur en soufre du fer de base et de la température de coulée qui est de 14500C, un alliage mattre à raison de 0,7% en poids par rapport à la masse de fer coulée qui est de 60 kg. L'alliage maître qui contient du magnésium a une granulo- métrie de 1 à 4 mm et la composition suivante: 6,0%/ de Mg, 0,5% de Ca, 45,0% de Si, 0,9% de Cer-métal mixte, le solde étant du Fe. La coulée s'effectue en 17 secondes. L'analyse chimique du produit moulé donne 3,7% de C, 2,41% de Si, 0,12% de Mn, 0,035% de P, 0,008y% de S, une teneur restante en magnésium de 0, 028%, le solde étant du fer. L'examen métallographique de la pièce coulée dans la région o la paroi a une épaisseur de 8 à 30 mm montre une formation de graphite sphéroldal d'au moins 90% de sphérolitespour une structure constituée de 93% de ferrite et de 7% de perlite. Le nombre des sphéro- lites d'environ 300/mm2 de surface polie est élevé d'une manière surprenante. L'examen métallographique de la pièce coulée dans plusieurs régions montre qu'elle est absolument exempte de produit de la réaction et d'in- clusion de laitier. Exemple 2 Pour couler une autre pièce de coulée de 30,5 kg, on fait appel au fer de base mentionné à l'exemple I en utilisant un alliage maître contenant du magnésium ayant l'analyse suivante: 5,7% de Mg, 0,3% de Ca, 46,1% de Si, 0,5% de La, le solde étant du fer. Dans la cham- bre intermédiaire en forme de tronc de pyramide ayant une surface de base de 35 x 35 mm et un volume de 300 cm3, il y a 183 g d'alliage maître ayant une fraction granulo- métrique comprise entre 0,5 et 3 mm. La coulée s'effectue en 11 secondes. La température de coulée est de 1440 C. L'analyse finale donne 3,67% de C, 2,35% de Si, 0,11% de Mn, 0,03% de P, 0,006 % de S et 0,024% de Mg, le solde étant du fer. L'examen métallographique d'un échantillon de coulée de 20 mm de diamètre montre une formation de gra- phite sphéroidal avec environ 95% de sphérolithespour une structure de 95 à 100% de ferrite et de O à 5% de perlite. On n'observe pas de cémentite dans la struc- ture de base. Le nombre de sphérolithes est d'environ 350/mm2 de surface polie. La pièce coulée est exempte de toute inclusion de quelque type que ce soit. A partir de l'échantillon coulé, on prépare des éprouvettes suivant la norme DIN et l'on détermine les valeurs suivantes: résistance à la traction Rp: 457 N/mm2 limite apparente d'élasticité Rm 288 N/mm2 allongement après rupture r5: 22,5% dureté Brinell HB30/2,5: 182/182 Exemple 3 Dans un four à induction on fait fondre un fer de base ayant la composition suivante: 3,52% de C, 0,18% de Mn, 0,044% de P, 1,95% de Si et 0,006% de S, le solde étant du fer. Pour une pièce coulée de 23 kg, on fait appel à une chambre intermédiaire en forme de ponton ayant une surface de base de 25 x 45 mm pour un volume de 250 cm3. Dans la chambre intermédiaire se trouvent 130 g d'un alliage maître de granulométrie com- prise entre 1 à 3 mm et ayant l'analyse suivante: 3,3% de Mg, 0,5% de Ca, 50,7% de Si, 4,0% de Cer-métal mixte, 5,5% de Ti, le solde étant du fer. La coulée s'effectue en 8 secondes à une température de coulée de 1450 C. L'analyse finale donne 3,48% de C, 0,38% de Mn, 0,044% de P, 2,18% de Si, 0,06% de Ti, 0,004% de S, 0,015% de Mg, 0,014% de Cer, le solde étant du fer. Dans toutes les sections droites de la pièce coulée, c'est-à-dire allant de 7 à 15 mm, on trouve dans la structure du graphite compact, principalement sous for- me de matrice ferritiquele graphite étant vermiculaire à 80% environ et sphérolithique à 20% environ. On n'observe pas de formation de lamelle de graphite. La pièce coulée est exempte d'inclusion. REVENDICATIONS 1) Moule de coulée permettant de fabriquer des pièces coulées en fonte à graphite vermiculaire et/ou à graphite sphéroldal,comprenant une chambre intermédiaire, interposée dans un système d'attaque entre la descente et l'entrée du moule de coulée proprement dit et desti- née à recevoir les agents formant du graphite et à les mettre en contact avec la fonte à l'état fondu, carac- térisé par une chambre intermédiaire en forme de tronc de pyramidedont la surface de base rectangulaire se trouve dans le plan de joint du moule. 2) Moule suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de base est carrée et l'angle en- tre la surface de base et les surfaces latérales est com- pris entre 500 et 800 au plus. 3) Moule suivant la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que la hauteur du tronc de pyramide représente de 2 à 3 fois la longueur du côté de la surface de base.