Brevet FR2597376A1 — publié le 19871023

Pièces moulées en fonte, notamment moules de verrerie, à structure, de- fonte variable dans' l'épaisseur 'des pièces. La présente invention concerne des pièces en fonte ayant une structure variable dans leur épaisseur, lesdites pièces. étant notamment des moules de verrerie. Les fontes (alliages à base de fer et de carbone) actuellement utilisées appartiennent à deux grandes familles, selon l'aspect des particules-de graphite qu'elles, contiennent, à savoir les fontes lamellaires, et les- fontes nodulaires dont la famille comporte comme terme le plus achevé, les fontes sphéroidales à l'exclusion des fontes malléables. Les propriétés des, fontes de chacune de ces familles, sont parfaitement connues. On a récemment décrit des procédés pour la prépara-. tion de fontes qui paraissent être intermédiaires entre ces deux 15 types-de fontes; ces nouvelles fontes formeraient une troisième famille appelée fonte à graphite "vermiculaire" ou encore fonte à graphite "compact vermiculaire" du fait que les, concrétions de carbone dispersées dans la matrice en fer apparaissent sous forme de sphérules plus- ou moins déformées en forme de vers,. Mais il 20 semble que jusqu'à ce jour ces fontes vermiculaires, si l'on connaît les conditions qui peuvent favoriser leur apparition, n'ont pas trouvé d'applications industrielles notables, car il était difficile d'obtenir, avec ces fontes-, des-pièces-ayant une structure organisée et reproductible dans toute leur masse. Le technicien spécialiste considérait donc généralement que l'apparition de carbone de type vermiculaire dans une pièce moulée en fonte n'était pas- un phénomène souhaitable. Il a été trouvé maintenant, et c'est là l'objet de la présente invention, qu'il es-t possible d'obtenir de façon 30 reproductible des pièces moulées en fonte ayant des propriétés nouvelles intéressantes en réalisant un matériau qui présente sur une de ses faces et sur une certaine épaisseur une structure de fonte nodulaire et dans l'épaisseur du matériau une structure de fonte vermiculaire. :: S D È: R ::::: : 7 :::: D:::: :: d: 000:: : :: f 0::: :: :: . : : 0:: : 10 : : -: : R::: :: 0 15 . :: :: Of.:;:: ::;: :: :: : f ::: f::: f à: : : Of:: 0; 0 0 25 f:: D: :: :::: : t-:: :: 0 :::: u 30 :: D: 0 ::: X:: : :: ::: ::: V; 0 35 0::: k : f - 0: -:: :: 0::: Comme indiqué ci-dessus, la partie "nodulaire" de la pièce en fonte peut comporter, très généralement sur sa surface, une partie de fonte sphéro7dale. Il a été prouvé que l'existence de cette fonte sphéro dale (c'est-à-dire plus précisément d'une fonte qui comporte au moins 90% de fonte sphéroEdale) permettait l'obtention des meilleurs résultats. La présence de fonte nodulaire et plus précisément sphéroldale, sur une partie de la surface de la pièce permet de bénéficier totalement au niveau de cette surface des propriétés intéressantes de la fonte à structure nodulaire (ou sphéroldale) notamment pour ce qui concerne l'aptitude au polissage et l'aptitude à la soudure et à la métallisation. L'épaisseur de la fonte à structure totalement nodulaire ou sphéroUdale, peut, selon les conditions de moulage, représenter entre 5 et 20 mm d'épaisseur environ. Au-delà de cette couche superficielle de fonte à structure nodulaire, on constate, en se déplaçant vers l'intérieur du matériau, que la structure de la fonte se modifie en évoluant vers une fonte à structure vermiculaire. Cela se traduit, au microscope, par une déformation progressive des nodules de graphite qui passent d'une forme sphérique (caractéristique de la structure sphéroidale) ou sensiblement ovo de (caractéristique de la forme nodulaire) à une forme plus. ou moins allongée, comme un ver qui est la caractéristique de la forme vermiculaire. Quand le matériau est d'épaisseur relativement faible, la fonte peut ne pas devenir totalement vermiculaire mais dès que le matériau est d'épaisseur notable (par exemple 30 à 40 mm) on observe la présence au voisinage de la surface dudit matériau qui est la plus éloignée de la face à fonte nodulaire, d'une fonte totalement ou quasi totalement vermiculaire. Il est même possible, pour certaines pièces d'être amené à constater la présence, sur la face de la pièce qui est la plus éloignée de celle o la fonte a une structure nodulaire, d'une fonte à structure lamellaire. Une pièce comportant donc dans son épaisseur des fontes présentant des structures nodulaires (éventuellement sphéroMdales) à proximité du refroidisseur et vermiculaires (éventuellement lamellaires) dans la partie la plus éloignée du 3 2597376 refroidisseur, font donc partie de l'invention. Il a été trouvé que les moules de verrerie constituaient dans l'état actuel des connaissances, l'application préférée des pièces en fonte dont le matériau présente la structure décrite ci-dessus. L'invention concerne donc, en tant que produits nouveaux, lesdits moules de verrerie. On sait que ces moules de verrerie (utilisés dans la préparation des bouteilles ou des objets divers en verre doivent subir de nombreuses contraintes mécaniques et thermiques et doivent 10 de plus présenter une surface interne (celle qui sera en contact avec le verre fondu) polie et des possibilités de soudure avec d'autres métaux. Il a été trouvé que grâce à ses propriétés propres le matériau à structure de fonte variable répondait favorablement à ce cahier des charges et que selon l'invention, il permettait une 15 amélioration des rendements de l'opération de fabrication des pièces moulées en verre en favorisant les échanges thermiques à travers l'épaisseur du moule et l'allongement de la durée d'utilisation du moule. En pratique, l'utilisation des fontes à structure 20 variable pour la confection des moules de verrerie (du fait que lesdites fontes par rapport aux fontes sphéroIdales, permettent une évacuation plus rapide des calories et présentent des propriétés mécaniques améliorées par rapport aux fontes lamellaires), permet d'obtenir des avantages importants. Parmi ces avantages, on peut citer - une amélioration du rendement de l'ensemble de l'opération de moulage des pièces en verre, soit en procurant, toutes choses égales par ailleurs, une meilleure tenue dans le temps du moule, soit en permettant une augmentation des cadences de moulage du fait que l'on 30 peut introduire dans le moule un verre plus chaud; - une diminution des risques de déformation et une diminution des fissures tout en faisant fonctionner le moule suivant des gradients de températures plus, élevés, 4 2597376 et une meilleure résistance des surfaces du moule en contact avec le verre chaud (ce qui se traduit également par une diminution des fissures à la surface interne du moule) grâce à une résistance améliorée aux chocs thermiques. Le procédé de préparation des matériaux moulés en fonte à structure variable selon l'invention se caractérise egsentiellement en ce que la fonte fondue, qui reçoit les catalyseurs et additifs connus en quantité nécessaire et suffisante pour permettre l'organisation de s'tructures variables recherchées (nodule 10 et vermicule) est coulée dans un moule dont l'une des parois au moins est du type refroidisseur. On sait que ces catalyseurs et additifs sont par exemple à base de ferro silico magnésium agissant apparemment pour favoriser la germination -et de titane agissant apparemment pour contrarier l'effet desdits germes. Il 15 est à noter que d'autres catalyseurs et additifs peuvent aussi déclencher la germination recherchée notamment l'utilisation du cérium et des terres rares en doses appropriées. Par paroi du type refroidisseur, on entend une paroi constituée par un matériau conducteur de la chaleur (qui permet 20 donc l'évacuation de la chaleur contenue dans la fonte coulée); ainsi, il suffit selon l'invention de remplacer la paroi de sable (généralement utilisée pour la confection des moules devant recevoir la coulée de fonte) par une paroi de fonte pour que, au contact de cette paroi, la pièce en fonte obtenue apres démoulage présente 25 une couche de fonte "nodulaire ou sphéroïdale" dans sa partie en contact et proche du refroidisseur, et présente une structure de plus en plus vermiculaire dans ses parties de plus en plus éloignées du refroidisseur, qui est la caractéristique de l'invention. Bien évidemment, ladite paroi de type refroidisseur peut 30 constituer une ou plusieurs des parois (ou des parties seulement desdites parois) du moule de fonderie. Pour obtenir une pièce moulée ayant une structure reproductible, on pourra agir sur l'évacuation des calories de fonte en fusion à travers la paroi de type refroidisseur par exemple en respectant un certain rapport entre la masse du refroidisseur et la masse de la pièce moulée, tout en ajustant les quantités de catalyseurs et additifs. propres à favoriser la germination. L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention. On a réalisé un moule de verrerie dont on a représenté sur la figure 1, une coupe transversale. Pour réaliser ce moule, on coule la fonte dans une "botte" en sable qui comporte un insert métallique utilisé comme 10 élément refroidisseur. La composition de la fonte utilisée peut être, par exemple, la suivante: carbone 3 silcium i manganèse O - soufre O - phosphore 0 -. nickel O titane 0 - magnésium O - cérium P - terres rares P le reste étant du fer. ,80,05,002,0025,10,05,015 PPMI PM 3,80 2,50 0,80 0,02 0,30 0,20 (avec ou sans) 0,050 Le refroidisseur (1) présente un rayon r de 35 mm, et 25 la pièce moulée (2) un rayon R de 75 mm; le poids de la pièce moulée finie étant de 12 kg, on a utilisé un refroidisseur pesant 4 kg; le moule de verrerie obtenu après démoulage présente une structure de fonte pratiquement entièrement sphéroldale sur sa surface (3) qui a été en contact avec le refroidisseur et présente une 30 structure à 90 % vermiculaire au voisinage de sa surface (4). 6 2597376 REVENDICATIONS 1. Matériau nouveau se présentant sous forme de pièce moulée en fonte caractérisé en ce que ledit matériau présente à partir et au voisinage d'au moins l'une de ses surfaces exté5 rieures une certaine épaisseur de fonte nodulaire, et dans le reste de ladite pièce, une fonte de structure au moins partiellement vermiculaire. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite fonte nodulaire sphéroidale est 10 comprise entre 5 et 20 mm. 3. Procédé de préparation d'un matériau selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que l'on verse une fonte en fusion, comportant des quantités convenables des catalyseurs et additifs connus pour donner naissance aux fontes sphéro dales et 15 vermiculaires, dans un moule comportant au moins une portion de paroi de type refroidisseur. 4. Nouveaux moules pour verrerie caractérisés en ce qu'ils sont en matériau nouveau selon l'une des revendications I et 2, et que ladite fonte sphéroldale forme la partie desdits moules 20 qui doit se trouver en contact avec le verre fondu.