Brevet FR2543861A1 — publié le 19841012

La présente invention, concernant le soudage, est plus spécifiquement relative à un procédé pour fixer ou réunir une pièce en fonte à une autre pièce de fonte ou d'un autre métal. La fonte est largement utilisée dans divers domaines de l'industrie et particulièrement pour les machines industriel- les et les moteurs à combustion interne, car elle n'est pas chère et présente d'excellentes propriétés de possibilité de mou- lage et d'amortissement des vibrations Il existe cependant des limitations considérables à l'utilisation de la fonte dans les structures métalliques, car il n'est pas facile de réunir deux pièces en fonte ou une pièce en fonte et une pièce d'un autre mé- tal par brasure, soudage ou assemblage par fusionnement. Par exemple il est nécessaire que le haut d'un piston en alliage d'aluminium coulé pour un moteur diésel soit résistant à j 5 la chaleur et à l'usure afin de pouvoir résister à l'augmentation d'une charge thermique C'est pourquoi l'on a proposé de réunir un matériau en fonte ou en céramique à la partie supérieure du piston par fusion, matage ou boulonnage ou autrement Mais la combinaison de matériaux aussi différents est bien loin d'être satisfaisante du point de vue de la fiabilité at de l'économie. Par exemple le piston est susceptible de se fissurer à la suite d'un chauffage rapide en vue de réaliser une coulée ou une fusion insuffisante ou d'être endommagé par les vibrations lors de l'ex- position à une température élevée au cours du fonctionnement du moteur. Un objet de cette invention consiste à utiliser les ex- cellentes propriétés de possibilité de moulage, d'amortissement des vibrations, d'économie et de résistance à la chaleur et à l'usure de la fonte et de permettre la réalisation d'un joint effectif entre une pièce en fonte et une autre pièce en fonte, en alliage d'aluminium ou en un autre métal ou alliage. Conformément A l'invention il est proposé d'immerger la pièce de fonte dans une solution aqueuse chaude d'acide chromi- que et de la laver, de préférence avec de l'eau, avant de l'as- semblée par soudage, brasure ou fusion avec une autre pièce de fonte ou en un alliage d'aluminium ou autre pièce de métal Un tel traitement préliminaire réalise la décarburaticn complète de la pièce en fonte. L'invention permet de traiter des pièces en fonte de for- me compliquée, telles qu'une tête de cylindre, le cylindre ou le piston d'un moteur à combustion interne, d'améliorer leur étanché- ité aux gaz et leur adaptabilité à d'autres pièces L'emploi d'une telle pièce en fonte permet d'améliorer la résistance à la chaleur et à l'usure d'une partie constituante qui jusqu'ici avait été faite seulement en un alliage d'aluminium ou en un autre métal. On décrira maintenant plus en détail certains modes de réalisation de l'invention en se référant à des exemples aux des- sins ci-annexés parmi lesquels: la figure 1 est une micrographie montrant la surface de la fonte ductile et non traitée; la figure 2, une micrographie montrant la surface de la fonte ductile traitée par une solution de H 2 Cr O 4 conformément à la pré- sente invention; et la figure 3 est une micrographie montrant une section transver- sale d'un produit obtenu en assemblant à de l'acier au carbone la fonte ductile traitée par le procédé de l'invention. Le procédé de cette invention est applicable à différents genres de fonte, tels que la fonte ordinaire, la fonte à forte ré- sistance à la traction, la fonte malléable et un ferro-alliage coulé Plus spécifiquement, le procédé peut être applicable par exemple à de la fontegrise, à de la fonte ductile et à des pièces coulées en ferro-nickel ou en ferro-chrome-molybdène Le procédé est appliqué à n'importe quelle fonte avant qu'elle soit assemblée, par exemple, à une pièce coulée en fer ou acier tel qu'un acier au carbone ou au nickel chrome, un alliage de cuivre tel que du laiton, ou un alliage d'aluminium tel que du métal Y ou Lo-Ex. Bien que la structure de la fonte dépende des éléments d'alliage qu'elle contient et de l'histoire de son traitement thermique, elle contient habituellement de la ferrite, de la parlite, de la martensite, ou de la troostite formée par transformation du fer, de la cémentite (Fe O C) et du graphite Le graphite donne nais- sance à des difficultés lors du soudage de la fonte, car il n'est pas mouillé par un métal fondu, produit du gaz CO 2 et subit une mo- dification de structure par exposition à température élevée. -2543861 Si l'on trempe la pièce de fonte dans une solution aqueuse concentrée d'acide chromique, il s'ensuit que le graphite se trou- Vant à la surface de la pièce ou qui y est exposé de toute autre façon réagit avec l'acide chromique et que de ce fait il en est enlevé Cette réaction se déroule très lentement à la température ambiante et par conséquent il vaut mieux utiliser une solution chaude d'acide chromique, de préférence à une température de 700 C à 100 OC Bien que l'intervalle de temps pendant lequel la pièce en fonte doit rester immergée dans la solution dépende de sa gro- seur, il faut par exemple habituellement 5 à 30 minutes La con- centration de la solution d'acide chromique peut être telle qu'elle ait un poids spécifique de 1,3 à 1,6 Le traitement permet l'en- lèvement complet du graphite de la surface de la pièce en fonte, bien qu'il soit souhaitable d'effectuer ensuite un lavage soigné, de préférence à l'eau, car la surface de la pièce en fonte pré- sente des trous de piqures Egalement il est préférable de laver la surface de la pièce en fonte avec une solution de Na OH à 5 à % avant de la traiter par de l'acide chromique. Comme il ne subsiste pas de substance carburée à la sur- face de la pièce en fonte, on peut l'assembler facilement à une autre pièce en fonte ou en un autre métal par des techniques clas- siques de soudage des métaux La pièce en fonte peut être assemblée avec un alliage d'aluminium, non seulement par soudage, mais aussi bien par coulée,Un alliage d'aluminium fondu peut être coulé à la surface décarburée de la pièce en fonte par tout procédé habituel Comme la fonte présente cependant une conductibilité thermique relativement faible, il est préférable de préchauffer la pièce en fonte à une température de 250 à 350 C afin d'empa- cher la formation de fines crevasses, bien qu'un tel préchauffa- ge puisse ne pas être nécessaire si la pièce est petite. La fonte ductile contient du graphite en surface, ainsi que le montrent les taches noires de la microphotographie à gros- sissement 500 de la figure 1 Si la fonte wuctile est traitée par du H 2 Cr O 4, le graphite est enlevé et des creux sont formés aux centres des taches, ces creux ayant une apparence blanche sur la figure 2 La figure 3, qui est une microphotographie de la sec- obten u en tion transversale d'un produit/assemblant une telle fonte ductile 4 2543861 à de l'acier au carbone, montre de la fonte ductile 1 fermement liée à l'acier au carbone 3 par une couche 2 de soudure au lai- ton Si la surface de la fonte n'est pas traitée par du H 2 Cr O 4, des bandes sont formées par une couche ou de l'air entre la fonte et la soudure. Exemple 1. Deux pièces de fonte grise (du type désigné par Ft 25 par la norme Industrielle Japonaise) ayant chacune une longueur de 30 mm, une largeur de 20 mm et une épaisseur de 8 mm ont été dégrais- sées par un lavage avec une solution aqueuse de Na OH à 10 % puis lavées avec une solution aqueuse 6 N de H Cl afin de dissoudre les oxydes sur les surfaces de fonte Les deux pièces ont été ensuite trempées dans une solution aqueuse chaude d'acier chromique (H 2 Cr O 4) ayant un poids spécifique de 1,37 et maintenue à 850 C environ pendant six minutes Finalement elles ont été lavées avec soin à l'eau chaude et séchées. Après le prétraitement, les pièces en fonte ont été supportées par leurs surfaces mesurant 20 mm sur 8 mm en butée de façon à former une jointure en forme de V et soudées ensemble par une soudure à l'arc froid en utilisant une électrode en acier doux Lors de l'essai ultérieur & la traction de l'assemblage sou- dé, les pièces en fonte ont été cassées et on a trouvé que la join- ture présentait une résistance d'adhérence d'au moins 265 TY Ia Exemple 2. On a lavé une pièce en fonte ductile à section carrée de 30 mm de côté sur 7 mm d'épaisseur avec une solution aqueuse de Na OH à 10 %, puis les oxydes et autres contaminants à la sur- face de la fonte ont été enlevés par lavage avec une solution aqueuse 6 N de HC 1 On l'a trempée ensuite dans une solution a- queuse chaude d'acide chromique ayant un poids spécifique de 1,37 et chauffée à 70 C environ pendant près de 8 minutes, puis on l'a lavée soigneusement à l'eau chaude et on l'a séchée. Une pièce fondue d'alliage d'aluminim Lo-Ex qu'on trouve dans le commerce (du type désigné par AC 8 A par la norme indus- trielle japonaise), à section carrée de 30 mm denc 8 té sur 10 mm d'épaisseur, a été lavée avec une solution aqueuse de Na OH à 10 %, trempée dans une solution d'un mélange contenant 10 % de HNO 3 et 254386 t et 0,2 % de HF pendant quatre minutes environ pour enlever l'oxy- de de silicium, puis soigneusement lavée à l'eau chaude et sé- chée: Un apport de soudure (Al-10 % Si, 4 % Cu) équivalant à BAL-O (Alcoa N 8 719) a été disposé entre les surfaces carrées, de 30 mn de côté, des:deux pièces après le prétraitement décrit ci-dessus et l'ensemble a été placé dans un four électrique A une température de 500 C La température du four a été élevée à 560 'C et l'assemblage a été maintenu à cette température pendant 10 minutes environ, ce qui a fait que la pi&ce en fonte a été assemblée A la piece en alliage d'aluminium coulé. L'ensemble soudé a été soumis à un essai de traction au cours duquel la partie d'alliage d'aluminium a été cassée et on a trouvé que le Joint présentait une résistance à la traction d'au moins 245 M Pa