Brevet FR2838134A1 — publié le 20031010

pour s'affranchir des rayures ou poussières. 1 2838134 ........ Pion inoculant anti microretassures pour traitement des fontes de moulage. s Domaine de l' invention L'invention concerne un inoculant pour le traitement à l'état liquide des fontes destinées à la fabrication de pièces moulées pour lesquelles on souhaite obtenir une structure exempte de carbures de fer et de microretassures. Etat de la technique La fonte est un alliage fer-carbone-silicium bien connu et largement utilisé pour la fabrication de pièces mécaniques. On sait que pour avoir de bonnes propriétés mécaniques de ces pièces, il faut obtenir in fine une structure fer + graphite, en évitant le plus possible la formation de carbures de fer de type Fe3C qui durcissent et fragilisent l'alliage. Ensuite, le graphite formé peut être choisi sphérodal, vermiculaire ou lamellaire, mais la condition préalable essentielle à remplir est d'éviter la formation de carbure de fer. A cette fin la fonte liquide subit avant coulée un traitement d' inoculation qui favorise au retroidissement l' apparition de graphite plutôt que celle de carbure de fer. Le traitement d'inoculation est donc très important. Or il est bien connu que l' inoculation, quels que soient les inoculants utilisés, a sur la fonte liquide une efficacité qui diminue dans le temps et qui, en général, a déjà baissé de 50% au bout d'une dizaine de minutes; l'homme de l'art désigne ce phénomène sous le nom d' " effet d'évanouissement". Pour obtenir un 2s maximum d' efficacité, on pratique en général l ' inoculation progressive, opérant pour cela plusieurs ajouts d' inoculants à différents stades de l' élaboration de la fonte. Ainsi il est d'usage courant d'inoculer la fonte liquide aussi bien en poche avec un alliage inoculant, par exemple en grains de taille comprise entre 2 et 10 mm, ou entre 0,4 et 2 mm, ou bien " au jet >> c'est à dire à la coulée de la poche, avec un alliage inoculant en grains de taille comprise entre 0,2 et 0,7 mm, ou bien " dans le moule ", en fait dans les canaux d'alimentation des moules, en disposant sur le parcours de la fonte liquide des inserts constitués d'un matériau inoculant. Ces inserts de forme définie portent le nom de pions. Il existe deux types de plons: - les pions " moulés obtenus par moulage de l'inoculant fondu. 2 2838134 À Y; J i, r,;, - les pions agglomérés obtenus à partir d'une poudre pressée avec en général très peu de liant, voire méme sans liant. Les pions moulés sont généralement considérés comme le meilleur niveau de qualité; toutefois les pions agglomérés leur sont souvent prétérés pour des raisons de coût. La durce de la coulée d'une pièce étant très courte, la cinétique de dissolution des pions doit être extrémement rapide. Par ailleurs, on constate bien souvent dans les pièces la présence de vides de dimensions millimétriques ou micrométriques désignées sous le nom de micro- retassures. Ces défauts fragilisent les pièces, en outre, si un usinage ultérieur des pièces est nécessaire par exemple pour dresser une surface, la fait de tomber sur de tels défauts conduit o au rebut inévitable des pièces défectueuses. Un moyen connu pour éviter l'apparition de micro-retassures dans les pièces en fonte est l'ajout de lanthane dans la fonte liquide. Ce métal du groupe des lanthanides possède en effet la propriété de diminuer la viscosité de la fonte, non seulement celle de la fonte liquide juste avant le début de sa solidification, mais aussi celle de la fonte en cours de solidifcation, c'est à dire du mélange solide + liquide, comme si, par ajout de lanthane, la fonte en mouvement devenait thixotrope. L'homme de l'art peut alors en dessinant correctement ses moules, rassembler les retassures dans la masselotte d'alimentation, et obtenir ainsi des pièces saines. Ainsi ont été mis successivement sur le marché, d'abord des nodulisants contenant du lanthane, dont l'usage était réservé aux fontes nodulaires dites fontes GS, puis des inoculants de type FeSi à 45 % de Si et 2 % de La, utilisables aussi bien pour les fontes GS que pour les fontes à graphite lamellaire dites fontes GL. Tous ces produits sont constitués d'alliages à faible teneur en aluminium, typiquement moins de 1,2 % d'Al et de prétérence moins de 0,8%, car il est également bien connu de l'homme de métier que l'aluminium dans la fonte conduit parfois, au moins dans le cas du moulage en 2s sable, à des détauts sous-cutanés, par exemple des micro-porosités, ou des porosités sphériques et millimétriques apparaissant sous la surface en contact avec le sable, et dont la formation est due à la génération d'hydrogène par réaction entre l'aluminium contenu dans la fonte et les traces résiduelles d'humidité que peut contenir le sable de fonderie. Dans le cas du moulage en coquilles, un poteyage de protection est nécessaire et les produits de poteyage peuvent créer des problèmes analogues. L'invention a ainsi pour but d'obtenir une inoculation efficace tout en évitant la formation de porosités et de micro-retassures dans les pièces moulées en fonte. 3 2838134 Objet de l'invention L' invention a pour objet un pion inoculant destiné au traitement dans le moule des fontes de moulage, constitué d'un alliage ou d'un mélange inoculant et éventuellement d'un liant, l'alliage ou le mélange inoculant contenant en poids de 2,5 à 5% d'aluminium, de 0,5 à 8% de lanthane, éventuellement jusqu'à 2% de calcium, le reste étant du ferro-silicium. De prétérence, la teneur en aluminium est comprise entre 3,5 et 4,5%, et la teneur en lanthane entre 0,5 et 5%. Description de l'invention Dans le domaine des inoculants pour le traitement de la fonte, on connâît des alliages à base de ferro-silicium à 75% de silicium contenant 2 % de lanthane. Ces alliages permettent d'obtenir des pièces en fonte à faible niveau de micro-porosité, mais leur efficacité en tant s qu'inoculants est assez limitée. Ils n'ont jamais été proposés sous forme de pions. En cherchant à mettre au point des pions inoculants présentant à la fois une bonne efficacité contre les micro-porosités et un meilleur pouvoir inoculant, la demanderesse a essayé des pions constitués d'alliage à base ferro-silicium-lanthane, avec ajout d'aluminium en quantité nettement plus importante que dans les alliages de l'art antérieur. Les résultats en terme de réduction de la micro-retassure ont été confirmés, mais l'apport d'aluminium a permis un gain appréciable au niveau du pouvoir inoculant. Ainsi de très bons résultats ont pu être obtenus avec des pions moulés constitués d'alliage à base de ferro silicium contenant: - de 60 à 80%, et prétérentiellement de 72 à 78% de silicium, - de 0,3 à 8%, et préférentiellement de 0,5 à 5% de lanthane, de 2,5 à 5%, et prétérentiellement de 3,5 à 4,5% d'aluminium, éventuellement jusqu'à 2% de calcium, reste fer. Les pions peuvent être fabriqués par moulage de l'alliage fondu. Ils peuvent l'étre également par agglomération d'une poudre d' alliage ou d' un mélange de poudres d' alliages de o compositions différentes conduisant à la même composition moyenne, avec éventuellement une petite quantité de liant, par exemple de 0,3 à 3 cm3 de silicate de soude par 100 g de poudre. Le pion est préparé de préférence à partir d'une poudre de granulométrie inférieure à 1 mm, dans laquelle la fraction granulométrique comprise entre 50 et 250,um représente plus de 35%, et la fraction inférieure à 50 m moins de 25%. 4 28381.34 .. .. ,..,......,,:. '. Exemples Dans les exemples qui suivent, la performance en matière de macro comme de micro retassure a été appréciée au moyen du test de coulée d'éprouvettes en " V ". La pièce test est constituée d'un " V " de hauteur l 10 mm et d'angle au sommet 40 , la largeur des branches du " V " est de 20 mm; l'épaisseur de la pièce est de 20 mm. Cette géométrie donne une largeur de 80 mm au sommet du " V >. Sur ce type de pièce, les porosités apparaissent sélectivement dans la partie rentrante du " V ". o Pour apprécier le résultat du test, on découpe la pièce à mi-épaisseur, et l'on examine la coupe par microscopie optique pour évaluer la surface des porosités; le résultat est exprimé en surface relative rapportée à la surface de la coupe. Exemple 1 Une charge de fonte a été fondue en four à induction et traitée par le procédé Tundish Cover au moyen d'un alliage de type FeSiMg à 5% de Mg, 1% de Ca sans terres rares, à la dose de kg pour 1600 kg de fonte. L'analyse de cette fonte liquide était la suivante: o C = 3,6% Si = 2,6% Mn = 0,07% P = 0,03% S = 0,003% Mg = 0,039%. Cette fonte a été utilisée pour couler des pièces en V de géométrie identique à celle définie dans le test de contrôle, disposées en grappe dans un moule en sable de 36 pièces, alimenté par un canal d'amenée o était disposé un pion d'alliage inoculant de type FeSi 75 " Foundry grade " préparé spécialement pour cet essai. Les pièces obtenues ont été examinées par microscopie optique sur coupe polie pour déterminer la structure du métal en fonction de la profondeur et le niveau de porosité. Au c_ur des branches, la densité des nodules de graphite a été comptée à 130/mm2. La porosité moyenne des pièces a été évaluée à 2,0%. Exemple 2 L'essai décrit à l'exemple 1 a été refait à l'identique à l'exception du traitement d'inoculation pour lequel a été utilisé un pion d'alliage de composition: Si = 72,7% Al = 4,85% Ca= 0,82% La= 0,01% solde Fe. s 2838134 i; \;:\ Li,- L",. ".. . Les pièces obtenues ont été examinées par microscopie optique sur coupe polie pour déterminer la structure du métal en fonction de la profondeur et le niveau de porosité. Au c_ur des branches, la densité des nodules de graphite a été comptée à 250 / mm2. La porosité moyenne des pièces a été évaluée à 2,2%. Exemple 3 L'essai décrit à l'exemple N 1 a été reLait à 1'identique à 1'exception du traitement d'inoculation pour lequel a été utilisé un pion d'alliage de composition: 0 Si = 73,1% Al = 4,1% Ca = 0,87% La = 2,1% solde Fe. Les pièces obtenues ont été examinées par microscopie optique sur coupe polie pour déterminer la structure du métal en fonction de la profondeur et le niveau de porosité. Au c_ur des branches, la densité des nodules de graphite a été comptée à 245/mm2. La porosité moyenne des pièces a été évaluée à 0,3%. 6 2838134 ..,.,.:.,.,.. Revendications 1. Pion inoculant pour traitement dans le moule des fontes de moulage, constitué d'un alliage ou d'un mélange inoculant et éventuellement d'un liant, l'alliage ou le mélange inoculant contenant en poids de 2,5 à 5% d'aluminium, de 0,3 à 8% de lanthane, éventuellement jusqu'à 2% de calcium, le reste étant du ferro-silicium. 2. Pion inoculant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en lanthane de o l'alliage est comprise entre 0,5 et 5%. Pion inoculant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en aluminium de l'alliage est comprise entre 3,5 et 4,5%. 4. Pion inoculant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est obtenu par moulage de l'alliage fondu. 5. Pion inoculant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est obtenu par agglomération d'un mélange ou d'un alliage inoculant en poudre. 6. Pion inoculant selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est préparé à partir d'une poudre de granulométrie inférieure à 1 mm, dans laquelle la fraction comprise entre 50 et 250 m représente plus de 35%, et la fraction inférieure à 50 m moins de 25%. 7. Pion inoculant selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la composition de