Brevet FR2562910A1 — publié le 19851018

L'invention concerne un procédé pour fabriquer une fonte de moulage à graphite vermiculaire. La fonte de moulage à graphite vermiculaire (GGV) peut être classée en tant que matériau se situant entre la fonte de moulage à graphite lamellaire (GGL) et la fente de moulage à graphite sphéroldal (GGG). Par suite de ses propriétés mécaniques particulières, telles que sa résis- tance à la traction, sa ténacité et son module d'élastici- té, ce matériau est supérieur à la fonte à graphite lamel- laire. Par rapport à la fonte à graphite sphéroidal, la fonte de moulage à graphite vermiculaire possède une conduc- tibilité thermique supérieure et un comportement de défor- mation plus favorable dans le cas d'une contrainte en tem- pérature et se caractérise notamment par de meilleures pro- priétés du point de vue de la technique de coulée. La demande de fonte de moulage à graphite vermi- culaire a fortement augmenté ces dernières années. Mais on n'a pas pu concurremment se rendre maître d'un procédé de fabrication précis et reproductible, de sorte que dans de nombreuses usines on se passe de la fabrication de fonte de moulage à graphite vermiculaire. On n'est pas disposé à s'accomoder d'une dispersion importante dans la fabrica- tion. D'après la demande de brevet allemand publiée sous le n 2 468 033 on connaît un procédé selon lequel on traite préalablement une masse fondue de départ avec du magnésium jusqu'à ce que la teneur en soufre tombe à 0,01 % S et selon lequel on fixe la durée entre le traite- ment au Mg et l'adjonction de métaux des terres rares de manière à qu'il ne se produise aucune formation de graphite sphéroldal. On connaît en outre d'après la demande de brevet allemand publiée sous le n 2 458 033 un procédé selon le- quel le fer de départ est soumis à un traitement au magné- 3, sium, avant le traitement réalisé avec des métaux des ter- res rares (par exemple du mischmétal contenant du Ce), au- quel cas on fixe la quantité d'adjonction de Mg de manière que le soufre soit éliminé jusqu'à des valeurs égales au maximum à 0,01 %, mais qu'il subsiste, à l'état dissous dans le fer, seulement une quantité de Mg si faible qu'el- le ne suffit pas pour aboutir à la séparation de graphite sphéroidal. La présente invention a pour but de perfectionner les procédés indiqués de manière à pouvoir fabriquer de la fonte de moulage à graphite vermiculaire, d'une manière rapide, précise et reproductible. Ce procédé est résolu conformément a l'invention à l'aide d'un procédé pour fabriquer une fonte de moulage à graphite vermiculaire, selon lequel le rapport Mg/S est ré- glé dans la plage comprise entre 2:1 et 1:1, caractérisé en ce que l'on utilise comme masse fondue de départ une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroidal, dont le rapport magnésium-soufre est modifié par adjonction d'une substance sulfureuse. Le procédé conforme à l'invention diffère des procédés utilisés jusqu'alors notamment par le fait que la fabrication ne s'effectue pas de façon directe, mais au contraire pour ainsi dire d'une manière indirecte en deux étapes. Tout -d'abord on réalise une masse fondue de dé- part, à savoir une masse de fonte de moulage à graphite sphéroidal. Le déposant domine ce procédé de fabrication avec une précision parfaite, et ce notamment parce que le déposant est à la base de la proposition pilote concernant la fabrication d'une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroidal. Cette masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroîdale est fabriquée par désulfuration, par désoxydation et alliage de la masse fondue avec du magné- sium. Si la fabrication de la masse fondue de fonte de mou- lage à graphite sphéroidal est réalisée dans un convertis- seur développé par le déposant, on peut compter sur une teneur approximativement constante en soufre et en oxygène. Il faut y voir un avantage particulier étant donné que dans le cas de la fabrication d'une fonte de moulage conforme à l'invention a graphite vermiculaire de cette manière lors de la première étape du procédé de fabrication, on obtient déjà une plage de dispersion fortement réduite ou éliminée et qui a une influence capitale sur la reproductibilité de la masse fondue terminale. Naturellement on peut égale- ment fabriquer la fonte de moulage à graphite sphéroidal au moyen d'autres procédés. Lors de la seconde phase opératoire du procédé, on ajoute à la masse fondue de la fonte de moulage à gra- phite sphéroldal une substance sulfureuse conformément à la relation S = A. Mg - B dans laquelle S = quantité ajoutée de substance sulfureuse en % en poids rapportés au soufre pur, Mg = teneur en magnésium de la masse fondue de départ en % en poids, A = facteur pour le magnésium: 0,9 B = constante pour le soufre: - 0,024 B -+ 0,05. L'adjonction de la substance sulfureuse peut être réalisée sous forme élémentaire ou sous forme combinée, par exemple sous la forme d'un minerai sulfuré ou de sul- fure de fer. De même le soufre peut être ajouté sous la forme d'un mélange de soufre élémentaire et/ou de soufre combiné à une ou plusieurs autres substances. L'adjonc- tion de quantités supplémentaires de soufre modifie la for- me sphérolithique du graphite. Ci-après on va expliciter de façon plus détail- lée l'invention sur la base d'exemples. Exemple 1: A une masse fondue de fonte de moulage à graphite 4- sphéroîdal fabriquée selon le procédé au NiMg et possédant la composition: 3,54 % en poids de C 2,27 % en poids de Si 0,12 % en poids de Mn 0,02 % en poids de Cu 0,01% en poids de P 0,92 % en poids de Ni 0,006 % en poids de S 0,079 % en poids de Mg on a ajouté, conformément à la relation S = A. Mg - B, 0,05 % en poids de S sous la forme de pyrite (40 % S) et on y a inoculé 0,3 % en poids de FeSi 75. Les morceaux de fonte possédaient, en fonction de l'épaisseur de paroi, 50 % (5 mm) à 80 % (40 mm) de graphite de la forme III, le reste étant constitué respectivement par les formes de graphite V + VI (d'après la feuille de caractéristiques VDG P 441 de l'Association des spécialistes allemands de la fonderie). Exemple 2: A une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroidal fabriquée également selon le procédé au NiMg et possédant la composition 3,52 % en poids de C 2,32 % en poids de Si 0,12 % en poids de Mn 0,02 % en poids de cu 0,71 % en poids de Ni 0,005 % en poids de S 0,052 % en poids de Mg on a ajouté, conformément à la relation S = A. Mg - B, 0,02 % en poids de S sous la forme de pyrite (40 % S) on y a inoculé 0,3 % en poids de FeSi 75. L'éprouvette coulée servant à contrôler la présence de retassures et possédant des épaisseurs de paroi de 15-18 mm contenait 70 % de gra- 256291O 0 phite sous la forme III, le restant étant constitué par du graphite sous les formes V + VI (d'après la feuille de caractéristiques VDG P 441), ne comportait aucune retassure et présentait par conséquent, vis-a-vis des retassures, un comportement équivalent à celui de la fonte grise. Exemple 3: A une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroidal fabriquée selon le procédé en convertisseur +GF+ et possédant la composition 3,5 % en poids de C 2,03 % en poids de Si 0,1 % en poids de Mn 0,006 % en poids de S 0,055 % en poids de Mg on a ajouté, conformément à la relation S = A. Mg - B, 0,041 % en poids de S sous la forme d'un mélange contenant 18 % en poids de S, avec incorporation de 0,3 % en poids de FeSi 75 en mélange. Les pièces coulées contenaient, en fonction de l'épaisseur de la paroi, 80 % (6 mm) 95 % (30 mm) de graphite de la forme III, le restant étant formé par du graphite desformesV + VI (d'après la feuille de ca- ractéristiques VDG P 441). Exemple 4: A une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroldal fabriquée selon le procédé a convertisseur +GF+ et possédant la composition 3,57 % en poids de C 2,06 % en poids de Si 0,41 % en poids de Mn 0,11 % en poids de Cu 0,05 % en poids de P 0,006 % en poids de S 0,045 % en poids de Mg on a ajouté; conformément à la relation S = A. Mg - B, 0,035 % en poids de S sous la forme de magnétopyrite (36 % S). Dans le système de coulée on a inséré un filtre en mous- se céramique, devant lequel on a placé un blocd'un agentd'i- noculation. Les pièces coulées possédaient, selon l'épais- seur de la paroi, entre 50 % (5 mm) et 80 % (40 mm) de gra- phite sous la forme III, le restant étant formé par du gra- phite sous les formes V + VI (selon la feuille de caracté- ristiques VDG P 441). Exemple 5: En tant que masse fondue de départ on a fabriqué une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroidal selon le procédé- au NiMg, possédant la composition suivante: 3,5 % en poids de C 2,5 % en poids de Si 0,15 % en poids de Mn 0,05 % en poids de Cu 0,05 % en poids de P 0,005 % en poids de S 0,06 % en poids de Mg, le reste étant formé par du fer. Au moyen d'une adjonction de 0,2 % en poids de FeS et d'un agent d'inoculation, de préférence du FeSi 75, on a réglé un rapport Mg-S égal à 1,27 dans la masse fondue finale. Une analyse structurale a révélé que 90 % de la composante de graphite possédaient une forme de graphite III conformé- ment à la feuille de caractéristiques VDG P 441. Les autres % ont pu être associés aux groupes V et VI. En utilisant la masse fondue finale, on a coulé des pièces possédant un module de 0,03-2,5 cm. L'avantage particulier du procédé proposé rési- de dans le fait que l'on fabrique tout d'abord une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroidal, dont les données caractéristiques sont connues de façon précise. Ensuite on ajoute en mélange du soufre, auquel cas on peut déterminer la quantité à ajouter d'une manière simple a partir des valeurs caractéristiques connues de façon préci- se de la masse fondue de fonte de moulage à graphite sphé- roîdal. Il en résulte une fabrication précise et reproduc- tible de la fonte de moulage à graphite vermiculaire. En outre avec le même fer on peut fabriquer au choix, dans des installations automatiques, de la fonte à graphite sphé- roidal ou de la fonte à graphite vermiculaire étant donné que la quantité de fer nécessaire respectivement pour cha- que châssis est produite par adjonction de soufre dans la poche de coulée. Dans le cas o cela est nécessaire, on ajoute également simultanément un agent d'inoculation, lors de l'adjonction de substances sulfureuses. Cependant l'agent d'inoculation peut être également inséré uniquement dans le jet de coulée ou même dans le moule. Comme moyens pour la mise en oeuvre du procédé, on peut utiliser d'une manière particulièrement appropriée une poche de coulée ou même une cuve de transport, etc. REVENDICATIONS - 1. Procédé pour fabriquer une fonte de moulage a graphite vermiculaire, selon lequel le rapport Mg/S est réglé dans la plage comprise entre 2:1 et 1: 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme masse fondue de départ une masse fondue de fonte de moulage à graphite sphéroidal, dont le rapport magnésium-soufre est modifié par adjonction d'une substance sulfureuse. 2. Procédé- selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme masse fondue de départ une masse fondue de fonte de moulage dont la composition chi- mique est réglée de telle sorte que la pièce coulée ainsi solidifiée comporte des formes de graphite essentiellement sph&nidales, dont au moins 60 % correspondent à la forme V +VIselon la feuille de caractéristiques VDG P 441. 3. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'on ajoute à la masse fondue de départ une substance sulfureuse, la quantité ajoutée ramenée au sou- fre pur correspondant à la formule suivante: S = A. Mg - B, dans laquelle S = la quantité ajoutée de la substance sul- fureuse en % en poids rapportés au soufre pur, Mg est la teneur en magnésium de la masse fondue de départ en % en poids, A est le facteur pour le magnésium: 0,9eA 4 1,2, et B est la constante pour le soufre: - 0,02. B + 0,05. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la substance sulfureuse est un mélange de soufre élémentaire et/ou de soufre combiné, le mélange contenant en outre une ou plusieurs autres substances, comme par exem- ple du Ce, du Ce-MM, du titane, du Ca, du Al, du Zr, du Bi. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que des agents d'inoculation, tels que du FeSi, sont ajoutés à la masse en fusion en même temps que la substance sulfureuse. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance sulfureuse est introduite dans le jet de coulée et/ou dans le moule. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que les produits de réaction, fournis par l'adjonction de la substance sulfu- reuse, sont empêchés de pénétrer dans la pièce coulée, grâ- ce à l'insertion de filtres dans le système de coulée. 8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la substance sulfureuse est présente d'une part sous la forme de soufre pur et d'autre part sous une forme liée chimiquement à d'autres éléments ou en mélange, par exemple de la pyrite, du minerai sulfuré, du sulfure de fer ou de la magnétopyrite. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que l'on utilise comme mas- se fondue de départ, de la fonte à graphite sphéroidal traitée dans un convertisseur. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caracté- risé en ce qu'il s'agit d'une cuve de transport, d'une po- che de coulée ou d'un four de coulée en atmosphère protec- trice. 11. Mise en oeuvre du procédé selon les revendi- cations 1 à 9 prises dans leur ensemble dans une installa- tion de coulée, dans laquelle on coule au choix ou en alter- nance de la fonte de moulage à graphite sphéroidal ou de la fonte de moulage à graphite vermiculaire, de telle ma- nière que l'adjonction de soufre est réglée sur la quantité respective du fer nécessaire pour le moule considéré.