Brevet FR2548372A1 — publié le 19850104

L'invention concerne un procédé ayant trait aux transformations de phase du laiton coulé, ces transformations étant analysées au moyen d'un microordinateur, à partir d'une charge liquide, par analyse thermique. 5 D'après l'analyse par ordinateur, la composition de la charge liquide est corrigée afin que la coulabilité soit bonne et que la pièce produite présente une microstructure optimale. Des pièces moulées en laiton sont utilisées 10 dans des vannes, des tuyaux d'eau et des raccords de tuyaux d'installations à circulation d'eau, etc, dans lesquelles la résistance à la dézincification constitue l'un des critères les plus importants demandés à la matière Cette propriété est testée à l'aide d'un essai 15 de dézincification accélérée, conformément à la norme SFS 3873. En pratique, il est apparu que la structure résistait à la dézincification lorsque la phase i, du laiton était inhibée, par exemple avec de l'arsenic, 20 afin de résister à la dézincification, et que la phase p de la structure, sujette à la dézincification, était répartie non uniformément dans la structure Le pourcentage utile de Cu dans le laiton, avec une vitesse de refroidissement donnée, agit en premier lieu sur la 25 décomposition de la phase p. Le pourcentage utile de Cu produit également un effet décisif sur la coulabilité de l'alliage (fluidité, défauts de surface et retrait) Pour réaliser une bonne coulabilité et une bonne résistance à la dézincifi30 cation, le pourcentage de Cu utile peut varier entre des limites très rapprochées. Pour obtenir ces propriétés, des procédés de coulée en coquille utilisent des lingots pour produire des pièces moulées résistant à la dézincification et 35 des retours de fabrication utilisés comme matière première pour la charge fondue. En pratique, le zinc se volatilise de la charge liquide dans un procédé de fusion continue et, souvent, une partie de l'aluminium-utilisé comme élément d'alliage s'oxyde Le pourcentage utile de cuivre de la charge liquide augmente alors Une utilisation abondante des retours de fabrication produit également un certain effet car les pourcentages de Zn et Ai des retours de fabrication ont diminué lors des fusions précédentes. Par conséquent, en l'absence d'appareils d'analyse, les fonderies éprouvent des difficultés pour connattre 10 la composition de la charge fondue traitée et pour procéder a des corrections d'analyse. De nombreuses fonderies ne possèdent pas d'appareils d'analyse permettant de déterminer la composition chimique de la charge liquide Par ailleurs, les 15 procédés d'analyse utilisés sont lents et la précision de l'analyse obtenue avec ces procédés n'est pas toujours suffisante pour calculer le pourcentage de cuivre utile. En particulier, lorsque les erreurs affectant les pourcentages de différents éléments se cumulent, l'erreur 20 du pourcentage de Cu utile peut être du même ordre de grandeur que la variation admise Avec les procédés d'analyse utilisés, on ne peut obtenir directement les directions de correction d'analyse de la charge fondue. Un inconvénient de la détermination du pourcentage de 25 Cu utile sur la base de l'analyse élémentaire peut également être considéré comme étant que ce procédé ne fait pas totalement l'unanimité en ce qui concerne les coefficients (équivalent de Zn pour les différents éléments) dans la formule de calcul du pourcentage de Cu utile. Le procédé de l'invention apporte un perfectionnement important visant les inconvénients indiqués cidessus A cet effet, le procédé consiste en une analyse thermique dérivée convenant à du laiton moulé et utilisant un micro-ordinateur permettant d'obtenir les directions 35 de correction d'analyse afin que, pour la détermination des positions alternatives des différentes réactions et des températures précises de réaction, outre la courbe classique de refroidissement, ses dérivées première et seconde soient également utilisées pendant que l'ordinateur calcule les dérivées en même temps que l'alliage se solidifie ou refroidit dans le creuset de coulée Les directions de correction d'analyse sont suivies de manière que l'on obtienne des conditions de coulée et de solidification telles que la fluidité de la charge liquide soit bonne, que les défauts de surfaces et tendances à l'aspiration par micro-retrait soient faibles, et que, simultanément, 10 la phase f sujette à la dézincification dans la microstructure coulée en coquille soit décomposée en une poudre fine Ensuite, à l'aide des composants de la mesure, on trouve l'élément d'alliage nécessaire, sous forme d'un pourcentage du poids de la charge dans un 15 pourcentage de rendement spécifique de l'élément d'alliage, les éléments d'alliages pouvant être, par exemple, du cuivre, du zinc ou du zinc et de l'aluminium. L'avantage le plus important de l'invention peut être considéré comme étant que le pourcentage de 20 Cu utile de la charge liquide peut être déterminé automatiquement et rapidement et que, simultanément, l'élément d'alliage peut être calculé par le procédé de correction de la composition de la charge liquide afin que les propriétés de coulée soient optimales et que les pièces 25 coulées résistent à la dézincification Il convient notamment de souligner que l'analyse, avec ses directions possibles de correction, est réalisée avant l'utilisation de charge fondue Il est également évident que l'analyse est plus fiable que celle pouvant être obtenue avec 30 les procédés actuels. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 représente un diagramme de 35 phases binaires Cu-Zn sur lequel le pourcentage de Cu utile le plus élevé, admis, est désigné en C O; à partir de cette composition, l'écart peut être de 0,7 % d'unité à partir de C 0, vers la droite, jusqu'à la composition C 1 la figure 2 est une vue schématique en perspective, avec coupe partielle, de l'appareil de mesure selon l'invention; les figures 3 A, 4 A et 5 A sont des graphiques indiquant les courbes d'analyse thermique et de refroidissement, ainsi que la courbe de leur dérivée première. les figures 3 B, 4 B et 5 B représentent des 10 exemples d'affichage présenté par l'appareil; et les figures 3 C, 4 C et 5 C sont des photographies des microstructures obtenues. Le procédé d'analyse selon l'invention est mis en oeuvre de la manière suivante Le laiton fondu 15 est coulé dans un creuset (A) de fusion qui est isolé à sa surface intérieure afin que la vitesse de refroidissement avant la réaction soit inférieure à 3 C par seconde et que le temps de refroidissement soit d'environ 250 secondes Un therno-élément (Ai), place au centre thernmique du creuset, 20 enregistre la température qui est transmise par l'intermédiaire de l'unité (B) de mesure au microordinateur (C) Ce dernier enregistre la variation de température en fonction du temps et calcule la courbe de refroidissement ainsi obtenue, deux fois au cours de la mesure. 25 Ensuite, l'ordinateur (C) détermine les transformations de phases apparaissant, leurs températures et les points d'alternance dans le temps, sur la base desquels il calcule le pourcentage de Cu utile L'appareil compare le pourcentage de Cu obtenu par analyse au pourcentage 30 optimal et affiche (E, F) l'addition d'alliage (Cu, Z, A 1) nécessaire L'ensemble de l'analyse demande environ 8 minutes L'appareil comporte également une position de cassette (D) et l'affichage peut s'effectuer au moyen d'un visuel (E) et d'une imprimante (F). Les figures 3 A-à 5 C montrent des exemples de résultats d'analyse dans les cas o le pourcentage de Cu utile est dans la plage de composition correcte, trop faible ou trop grand Les microstructures correspondantes et l'affichage de l'analyse de l'ordinateur sont également indiqués, dans chaque cas, respectivement sur les figures 3 C, 4 C et 5 C et sur les figures 3 B, 5 4 B et 5 B La figure 3 C représente une microstructure de laiton à deux phases (avec un agrandissement de 200). La microstructure est optimale en ce qui concerne les propriétés de moulage et la dézincification Dans cette structure, la profondeur de dézincification moyenne 10 n'est que de 70 pm La figure 3 A montre la courbe d'analyse thermique dérivée-refroidissement T = f(t)(G} et la courbe de sa dérivée première d T/dt = f(t)(H) La première crête ( 1) de la courbe de vitesse de-refroidissement est une crête de liquidus (commencement de la solidifi15 cation de l'alliage métallique) Ensuite, une réaction monotectique ( 3) entre du cuivre et du plomb (Pb 2-1,5 %) se produit On ajoute au laiton une petite quantité de plomb afin d'améliorer l'usinabilité En un point ( 4), l'ensemble de la charge est solidifiée Ensuite, 20 la réaction 4 ( 5) se produit encore dans la phase solide La figure 3 B montre l'affichage de l'analyse de l'ordinateur Le pourcentage de Cu utile est dans la plage C 1-C O (figure 1). La dézincification de la microstructure de 25 la figure 4 C s'est produite jusqu'à une profondeur moyenne de 180 Bm La figure 4 A montre les mêmes réactions que la figure 3 A La réaction ( 5) s'est produite à une température inférieure à celle à laquelle elle s'est produite dans la structure de la figure 3 C L'ordinateur 30 recommande une correction d'analyse Le pourcentage utile de Cu est inférieur à C La microstructure de la figure 5 C est particulièrement mauvaise du point de vue de la progression de la dézincification: la profondeur de dézincification 35 atteint en moyenne 380 m La réaction p-7-"n'apparaît plus sur la figure SA Par ailleurs, une nouvelle "crête" ( 2) est apparue entre les "crêtes" 1 et 3 Ceci est da à une réaction périteczique ( 2) L'ordinateur a noté ce fait et il recommande de nouveau une correction d'analyse Le pourcentage de Cu utile est supérieur à c 0. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour corriger l'analyse d'une charge traitée de laiton moulé à deux phases afin que la coulabilité et les propriétés des pièces moulées, 5 par exemple la résistance à la dézincification, soient optimales, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer une analyse thermique convenant à du laiton moulé, à l'aide d'un micro-ordinateur à partir duquel des directions de correction d'analyse sont obtenues afin que, pour 10 la détermination des positions alternées des différentes réactions et des températures précises de réaction, outre la courbe classique de refroidissement, ses dérivées première et seconde soient également utilisées tandis que l'ordinateur (C) calcule lesdites dérivées en même 15 temps que l'alliage est solidifié ou se refroidit dans le creuset de coulée (A), le procédé consistant également à suivre les directions de correction d'analyse afin que l'on obtienne des conditions de coulée et de solidification telles que la fluidité de la charge soit bonne 20 et que les défauts de surface et les tendances à succion par micro-retrait soient faibles, et que, simultanément, la phase i sujette à la dézincification dans la microstructure moulée en coquille soit décomposée en une fine poudre, le procédé consistant également à trouver, 25 au moyen d'éléments de mesure (E, F), l'élément d'alliage nécessaire, sous la forme d'un pourcentage du poids de la charge dans un pourcentage de rendement spécifique de l'élément d'alliage, les éléments d'alliage pouvant être, par exemple, du cuivre, du zinc ou du zinc et 30 de l'aluminium. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à couler un échantillon de charge dans un creuset de coulée (A) dont le rapport diamètre/hauteur est égal à 1 et au centre thermique 35 duquel est placé un thermo-élément, la surface intérieure de ce creuset étant isolée afin que la vitesse de refroidissement, avant réaction, soit inférieure à 3 C par seconde et que le temps de refroidissement soit d'environ 250 secondes. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à contrôler la structure de 5 solidification au moyen d'un inhibiteur et de corrections d'analyse afin qu'elle soit aciculaire et que la phase B soit entourée de la phase a, ce qui empêche la formation d'un trajet de corrosion et rend la zone spongieuse aussi petite que possible, ce qui garantit des propriétés 10 de coulée optimales.