Brevet FR2697766A1 — publié le 19940513

Procédé pour maîtriser. dans un moule de fonderie confre au moins un refroidisseur métallique. la trempe d'une pièce en fonte lamellaire. telle qu 'un arbre à cames. un cvlindre de laminoir ou autre. La présente invention concerne un procédé pour maîtriser, dans un moule de fonderie contre au moins un refroidisseur métallique, la trempe d'une pièce en fonte lamellaire, telle qu'un arbre à cames, un cylindre de laminoir ou autre. Les arbres à cames en fonte à graphite lamellaire sont trempés à l'emplacement des cames contre des refroidisseurs métalliques disposés dans le moule de fonderie. Dans cette technique de trempe particulière, les fondeurs rencontrent de grandes difficultés pour maîtriser la profondeur de trempe qui doit s'étendre sur au moins 3 mm. Si l'on augmente trop le "pouvoir trempant" de la fonte, la profondeur de trempe sur les cames augmente audelà de 3 mm, et on retrouve aussi des carbures à coeur, dans les paliers ou en bout de ceux-ci de sorte que l'usinage ultérieur des trous de graissage notamment, est rendu très difficile. Parmi les facteurs qui influencent la trempe primaire des fontes, les principaux sont les suivants: - la composition chimique de la fonte de base, - l'histoire thermique du métal, - la température du bain, - la présence d'éléments carburigènes qui génèrent des carbures en s'alliant ou d'éléments trempants qui favorisent la formation de carbures sans s'allier, - la présence éventuelle de gaz et notamment d'hydrogène dans le bain métallique. Toute variation de l'un au moins de ces facteurs perturbe le potentiel de graphitisation de la fonte et, par voie de conséquence, modifie la trempe. Dès lors, pour stabiliser la profondeur de trempe de toutes les pièces produites, il suffirait de maintenir constants tous ces facteurs. Mais cela s'avère pratiquement impossible et, de plus, la mesure de ceux-ci est délicate et aléatoire. La présente invention a pour but de s'affranchir au maximum de ces facteurs dont il est difficle de se rendre maître dans la pratique, en masquant plus ou moins leur influence. Elle vise par conséquent à réduire au maximum et à stabiliser la zone de transition située entre une zone trempée superficielle dans laquelle le carbone précipite sous forme de carbures et une zone douce à coeur dans laquelle le carbone précipite sous forme de graphite, carbures et graphite coexistant dans la zone de transition. Dans ce but et conformément à l'invention, le procédé consiste en ce que des éléments d'addition sont ajoutés à la fonte en fusion avant sa coulée pour favoriser concomitamment la formation de carbures et la formation de graphite. Les éléments d'addition favorisant la trempe sont constitués par du bismuth et/ou du tellure et/ou du bore, tandis que les éléments d'addition favorisant la graphitisation sont constitués par un inoculant à base de graphite et/ou un inoculant à base de silicium. Les inoculants à base de graphite et/ou de silicium peuvent également contenir l'un au moins des éléments suivants : strontium, zirconium, baryum, calcium, aluminium, terres rares. Avantageusement, pour une fonte ayant une teneur pondérale: - de carbone comprise entre 2,6 et 3,6 %, - de silicium comprise entre 1,2 et 2,6 %, - éventuellement de manganèse comprise entre 0,3 et 1%, de soufre comprise entre 0,003 et 0,15 % ou autres, le procédé consiste en ce que, pour favoriser la trempe, la teneur pondérale en bismuth est comprise entre 0,003 % et 0,03 % et/ou en tellure est comprise entre 0,003 % et 0,1 QJo, et/ou en bore est comprise entre 0,003 % et 0,2 % tandis que pour favoriser la graphitisation la teneur pondérale en inoculant à base de graphite est comprise entre 0,01 % et 0,2 % et/ou en inoculant à base de silicium est comprise entre 0,03 % et 0,5 %. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Pour masquer plus ou moins l'influence des facteurs précités sur la trempe primaire, on procède à l'addition concomitante d'un ou plusieurs éléments trempants tels que bismuth, tellure, bore... avec un inoculant à base de graphite et/ou de ferro-silicium. Le ou les éléments trempants favorisent la trempe au contact des refroidisseurs métalliques du moule, c'est-à-dire la carburation de la fonte dans les zones refroidies du moule. Le ou les inoculants favorisent la graphitisation de la fonte dans les zones du moule où l'abaissement de température est moins sensible Autrement dit, ces éléments d'addition mélangés avec la fonte primaire dans le moule interviennent pour favoriser la précipitation du carbone sous forme de carbures dans les zones où la température baisse brusquement et sous forme de graphite dans la zone où la température s'abaisse lentement. Ainsi, la zone superficielle de la pièce moulée se trouvant au contact des refroidisseurs métalliques du moule est trempée, tandis que la zone à coeur ne contenant que du graphite lamellaire est doucie. Entre la zone trempée superficielle de fonte blanche ne contenant pratiquement que des carbures et la zone douce à coeur de fonte grise ne contenant pratiquement que du graphite, existe une zone de transition relativement mince dans laquelle la proportion de carbures décroît de la périphérie vers le coeur et dans laquelle la proportion de graphite décroît du coeur vers la périphérie. La fonte primaire ou fonte de base à laquelle le traitement est appliqué contient en pourcentage pondéral: -2,6 à 3,6 % de carbone - 1,2 à 2,6 % de silicium. Elle peut également contenir: - 0,3 à 1 % de manganèse - 0,003 à 0,15 % de soufre. Pour une fonte de cette qualité, le traitement consiste à ajouter, en pourcentage pondéral d'addition à la fonte de base, concomitamment: - pour favoriser la trempe du bismuth à raison de 0,003 % à 0,03 % et/ou du tellure à raison de 0,003 % à 0,1 % et/ou du bore à raison de 0,003 % à 0,2 % - pour favoriser la graphitisation un inoculant à base de graphite à raison de 0,01 % à 0,2 % et/ou un inoculant à base de silicium à raison de 0,03 % à 0,5 %. Si un seul élément est ajouté, son dosage est proche du maximum de la fourchette indiquée ci-dessus et, si plusieurs éléments ayant la même fonction sont ajoutés, leurs dosages sont inférieurs. L'affinement du dosage est effectué lors d'essais préalables en fonction du résultat recherché. Il est intéressant de noter que les inoculants à base de graphite et/ou de silicium peuvent contenir au moins l'un des éléments suivants strontium, zirconium, baryum, calcium, aluminium, terres rares... en plus ou moins grande quantité. Les essais permettent de les choisir et de déterminer leur dosage. Les éléments trempants accentuent l'effet de trempe contre le ou chaque refroidisseur métallique et permettent de garantir une épaisseur de trempe supérieure à 3 mm au droit des cames d'un arbre à cames ou supérieure à la valeur qui convient au droit de la surface périphérique d'un cylindre de laminoir. Le ou les éléments inoculants quant à eux augmentent le potentiel de graphitisation à coeur ; ils éliminent tout carbure dans les paliers et permettent l'obtention d'une zone de transition entre partie trempée et partie "douce" d'une très faible épaisseur. Les additions sont avantageusement pratiquées en poche avant la coulée ou dans le moule au moment de la coulée ou lors du transvasement de la fonte dans la poche de coulée ou dans le moule. Un exemple de traitement est donné dans ce qui suit. Il s'agit de couler en fonte lamellaire contre des refroidisseurs métalliques une pièce en forme de came arrondie ayant une largeur de 45 mm, une longueur de 60 mm et une épaisseur de 15 mm. La composition de la fonte de base est la suivante: carbone 3,40 % silicium 2,05 % manganèse 0,96 % soufre 0,12 % étain 0,10 %. Elle est élaborée au four électrique à induction. Dans cette fonte, ont été ajoutés au moment de la coulée (en pourcentage pondéral) 0,008 % de bismuth et 0,04 % d'un inoculant au graphite. Sur une section de la pièce passant par le milieu, on observe - une zone trempée superficielle de 3,5 à 4 mm d'épaisseur - une zone à coeur exempte de carbure et totalement graphitisée - et, entre ces zones, une zone de transition de 1 à 1,5 mm d'épaisseur dans laquelle coexistent carbures et graphite. REVENDICATIONS 1. Procédé pour maîtriser, dans un moule de fonderie contre au moins un refroidisseur métallique, la trempe d'une pièce en fonte lamellaire, telle qu'un arbre à cames, un cylindre de laminoir ou autre, caractérisé en ce que des éléments d'addition sont ajoutés à la fonte en fusion avant sa coulée pour favoriser concomitamment la formation de carbures et la formation de graphite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'addition favorisant la trempe sont constitués par du bismuth et/ou du tellure, et/ou du bore, tandis que les éléments d'addition favorisant la graphitisation sont constitués par un inoculant à base de graphite et/ou un inoculant à base de silicium. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les inoculants à base de graphite et/ou de silicium contiennent également l'un au moins des éléments suivants : strontium, zirconium, baryum, calcium, aluminium, terres rares. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, applicable à une fonte ayant une teneur pondérale: - de carbone comprise entre 2,6 et 3,6 %, - de silicium comprise entre 1,2 et 2,6 %, - éventuellement de manganèse comprise entre 0,3 et 1 %, de soufre comprise entre 0,003 % et 0,15 % ou autres, caractérisé en ce que, pour favoriser la trempe, la teneur pondérale en bismuth est comprise entre 0,003 % et 0,03 % et/ou en tellure est comprise entre 0,003 % et 0,1 %, et/ou en bore est comprise entre 0,003 % et 0,2 % tandis que pour favoriser la graphitisation la teneur pondérale en inoculant à base de graphite est comprise entre 0,01 % et 0,2 %, et/ou en inoculant à base de silicium est comprise entre 0,03 % et 0,5 %. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments d'addition sont ajoutés à la fonte en fusion dans la poche avant la coulée de la fonte. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments d'addition sont déposés dans le moule de fonderie avant la coulée de la fonte. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments d'addition sont incorporés lors du transvasement de la fonte dans la poche de coulée ou dans le moule.