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Alliage inoculant pour pièces épaisses en fonte
La présente invention se rapporte à un alliage inoculant pour le
traitement de la fonte.
La fonte est un alliage fer-carbone bien connu et largement utilisé
pour la fabrication de pièces mécaniques. La fonte est obtenue par mélange
des constituants de l'alliage à l'état liquide à une température comprise
entre
1320 et 1450 C avant coulée dans un moule et refroidissement de l'alliage
obtenu.
Lors de son refroidissement, le carbone peut adopter plusieurs
structures physico-chimiques dépendant de plusieurs paramètres.
Lorsque le carbone s'associe au fer et forme du carbure de fer
Fe3C (également appelé cémentite), la fonte résultante est appelée fonte
blanche. La fonte blanche présente la caractéristique d'être dure et cassante,
ce qui n'est pas souhaitable pour certaines applications.
Si le carbone apparaît sous forme de graphite, la fonte résultante
est appelée fonte grise. La fonte grise est plus tendre et peut être
travaillée.
Pour obtenir des pièces en fonte possédant de bonnes propriétés
mécaniques, il faut donc obtenir une structure de la fonte comprenant le
maximum de carbone sous forme graphite et limiter le plus possible la
formation de ces carbures de fer qui durcissent et fragilisent l'alliage.
En l'absence de tout traitement particulier d'inoculation, le carbone
a toutefois tendance à s'associer au fer pour former du carbure de fer. Il est
donc nécessaire de traiter la fonte à l'état liquide de manière à modifier les
paramètres d'association du carbone et obtenir la structure souhaitée.
A cette fin, la fonte liquide subit un traitement d'inoculation visant à
introduire dans la fonte des composants graphitisants ou des supports à la
graphitisation couramment appelés germes qui vont favoriser, lors du
refroidissement de la fonte dans le moule, l'apparition de graphite plutôt que
de
carbure de fer.
De manière générale, les composants d'un inoculant sont donc des
éléments favorisant la formation de graphite et la décomposition du carbure de
fer pendant la solidification de la fonte. On peut citer, à titre d'exemple,
le
carbone, le silicium, le calcium, l'aluminium,...
Bien évidemment, un inoculant peut être conçu pour remplir
d'autres fonctions et comprendre à cette fin d'autres composants présentant un
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effet particulier. La fonte peut également subir des traitements additionnels
préalables ou subséquents.
On peut ainsi notamment souhaiter, selon les propriétés
recherchées, que le graphite formé soit sphéroïdal, vermiculaire ou
lamellaire.
L'une ou l'autre forme graphitique pourra être obtenue de manière
préférentielle par un traitement particulier de la fonte à l'aide de
composants
spécifiques.
Ainsi, par exemple la formation de graphite sphéroïdal peut être
favorisée par un traitement dit nodulisant visant principalement à apporter à
la
fonte du magnésium en quantité suffisante pour que le graphite puisse croître
de manière à former des particules rondes (sphéroïdes ou nodules).
Ces composants nodulisants sont généralement ajoutés sous
forme d'alliage spécifique (alliage nodulisant) préalablement au traitement
inoculant de la fonte au cours d'un traitement particulier.
Ainsi, l'alliage nodulisant permet essentiellement d'influer sur la
forme des nodules de graphite, tandis que le produit inoculant vise à
augmenter le nombre de ces nodules et homogénéiser les structures
graphitiques.
On peut encore citer l'addition de produits désulfurant, ou de
produits permettant de traiter spécifiquement certains défauts de la fonte en
fonction de la composition initiale du bain de fonte liquide, tels que les
micro-
retassures et les piqûres, susceptibles d'apparaître lors du refroidissement.
Ces traitements peuvent s'effectuer en une ou plusieurs fois et à
différents moments de la fabrication de la fonte.
La plupart des inoculants sont classiquement fabriqués à partir d'un
alliage ferro-silicium de type FeSi45, FeSi65 ou FeSi75 avec ajustement de la
chimie suivant la composition visée de l'inoculant. Il peut également s'agir
de
mélanges de plusieurs alliages.
Il convient de noter que l'efficacité d'inoculation de la pièce en fonte
dépend également de son épaisseur (ou bien de la vitesse de solidification).
Dans les zones de faibles épaisseurs, refroidissant plus vite, on
notera un risque plus élevé de formation de carbures.
Inversement dans les zones de plus fortes épaisseurs, le
refroidissement sera plus lent (2 à 4 heures) et favorisera la formation de
graphite.
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Il s'ensuit que les pièces avec des zones d'épaisseurs différentes
pourront avoir des structures physico-chimiques différentes d'une zone à
l'autre, ce qui n'est pas souhaitable.
En outre, le contrôle de la germination dans les zones de forte
épaisseur reste difficile et peut conduire à l'obtention d'une structure non-
uniforme.
Pour les pièces de fortes épaisseurs, quand le procédé
d'inoculation n'est pas maîtrisé, la formation de graphite dégénéré et/ou du
graphite chunky peut réduire les propriétés mécaniques de la fonte. Pour
résoudre ces défauts, le fondeur procède généralement à l'ajout d'Antimoine
pur dans le métal liquide.
L'ajout d'antimoine pur dans le métal liquide pose des problèmes
de précision car le taux d'introduction est très faible (de l'ordre de 10 à
30g par
tonne de fonte liquide). Le rendement d'addition de l'antimoine pur est
compris
entre 50 et 80% et la quantité introduite utile est donc difficilement
contrôlable.
Si la quantité n'est pas suffisante, du graphite dégradé peut se
former dans la structure.
Réciproquement, si la quantité introduite dépasse l'objectif,
l'antimoine va avoir tendance à faire croître fortement la proportion de
perlite,
phase non souhaitée dans les structures ferritiques.
Dans le cas d'ajout d'antimoine pur, le fondeur doit en outre
associer des Terres Rares (abrégées en TR ou RE pour Rare Earths ) afin
d'obtenir une amélioration maximale de la forme du graphite. Pareillement, si
la
quantité de Terres Rares est insuffisante, la pièce présentera un défaut de
graphite de type spiky . Réciproquement, si la quantité de Terres Rares est
trop fortement dosée, le défaut de graphite sera plutôt de type chunky , ce
qui se produit essentiellement lorsque les matières premières utilisées sont
relativement pures
Ces défauts de graphite, de type spiky ou chunky dégradent
les propriétés mécaniques de la fonte, et notamment la résistance à la
traction
et la résistance au choc de la pièce formée.
L'introduction d'antimoine pur dans la fonte liquide provoque en
outre sa vaporisation et entraîne ainsi un fort dégagement gazeux. Il a été
mesuré qu'avec l'ajout d'antimoine pur, le seuil de dégagement d'antimoine
dans l'environnement de travail était supérieur à 0,5 mg/m3, valeur limite
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d'exposition (VLE fixée par la réglementation). Les opérateurs doivent donc
travailler avec un respirateur contre les particules de type N95 ou plus.
Le traitement des pièces de faibles épaisseurs a déjà fait l'objet de
développements d'inoculants spécifiques. Les documents FR2511044A1,
FR2855186A1 et EP0816522A1 décrivent un tel inoculant pour pièces minces.
Un tel inoculant selon ces documents pour pièces minces
comprend notamment un alliage inoculant à base de ferro-silicium et
comprenant entre 0,005 et 3% en masse de Terres Rares, notamment du
Lanthane, ainsi qu'entre 0,005 et 3% en masse de bismuth, plomb ou
antimoine dans un ratio Terres Rares / (Bismuth + Plomb + Antimoine) compris
entre 0,9 et 2,2 ; le bismuth étant particulièrement préféré, les descriptions
de
ces documents ne portant que sur le bismuth.
Il convient de noter que ces documents ne divulgue l'utilisation
d'antimoine qu'à titre général mais ne contienne aucun exemple spécifique ni
aucune valeur particulière relatif à cet élément.
Parmi les autres documents mentionnant l'utilisation d'antimoine,
on peut citer les documents suivants.
Le document W02006/068487A1 décrit un inoculant comprenant
un composant modificateur de phase (fonction inoculante) associé à un agent
de modification de la structure du graphite qui peut être de l'antimoine. Il
convient de noter que cet agent de modification de structure est utilisé en
mélange avec le composé inoculant (ferrosilicium) et non sous forme alliée.
L'antimoine est en outre clairement mentionné comme étant un promoteur de
perlite, phase qui, comme mentionnée précédemment, n'est généralement pas
souhaitée. La quantité d'antimoine utilisée est comprise entre 3 et 15%, ce
qui
correspond à une quantité importante probablement à l'origine de la proportion
de perlite formée.
Le document JP2200718A décrit un inoculant consistant en un
mélange de ferrosilicium, antimoine, siliciure de calcium et terres rares.
L'antimoine n'est pas utilisé sous forme alliée.
Le document JP57067146A décrit un alliage à base de ferrosilicium
comprenant entre 5 et 50% en masse d'antimoine et jusqu'à 10% de terres
rares. Outre la proportion élevée d'antimoine, cet alliage est utilisé comme
inhibiteur de perlite, et non comme inoculant.
Il existe également plusieurs articles et documents traitant d'une
fonction nodulisante (forme du graphite) de l'antimoine, ce qui n'est pas le
but
5
fondamentalement recherché et ne résout pas le problème de l'inoculation
(nombre et qualité des nodules). En outre, il s'agit fréquemment d'une
utilisation de l'antimoine sous une forme mélangée et non alliée.
Il existe donc un besoin pour un alliage inoculant permettant
d'améliorer le traitement des pièces épaisses.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention vise un alliage
inoculant à base de ferro-silicium pour le traitement d'une fonte pour la
fabrication de pièces présentant des parties d'épaisseurs supérieures à 6 mm,
ledit alliage inoculant contenant 45-80% en masse de silicium,
0,5-4% en masse de calcium,
0,5-3% en masse d'aluminium,
0,2-3% en masse de Terres Rares,
0,2-2% en masse d'antimoine,
et le solde en fer,
caractérisé en ce que le rapport antimoine sur terres rares est
compris entre 0,9 et 2,2.
Selon un autre mode de réalisation particulier, l'invention vise un
alliage inoculant à base de ferro-silicium pour le traitement d'une fonte pour
la
fabrication de pièces présentant des parties d'épaisseurs supérieures à 6 mm,
ledit alliage inoculant contenant, caractérisé en ce que ledit alliage
contient
45-80% en masse de silicium,
0,5-8% en masse de calcium,
0,5-3% en masse d'aluminium,
0,2-3% en masse de Terres Rares,
0,2-2% en masse d'antimoine,
2-15% en masse de baryum,
2-6% de manganèse,
2-6% de zirconium,
et le solde en fer,
caractérisé en ce que le rapport antimoine sur terres rares est
compris entre 0,9 et 2,2.
Ainsi, il a en effet été constaté de manière inattendue que
l'antimoine allié à des terres rares dans un alliage à base de ferrosilicium
selon
les proportions revendiquées permettait une inoculation efficace, et avec
stabilisation des sphéroïdes, de pièces épaisses sans les inconvénients de
l'antimoine pur évoqués précédemment.
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Notamment, l'introduction d'antimoine sous forme d'alliage permet
d'atteindre un rendement élevé d'utilisation de l'antimoine, de l'ordre de 97
à
99%. La quantité utile introduite est donc beaucoup plus précisément connue.
L'augmentation du rendement permet ainsi une économie des
produits et simplifie la gestion des ajouts de produits, ce y compris pour les
terres rares.
Grâce à cette augmentation de rendement et à la réduction
simultanée des émissions gazeuses dans l'atmosphère, les conditions de
travail sont également améliorées pour les opérateurs responsables des ajouts.
L'utilisation d'un alliage selon l'invention permet de limiter le
dégagement gazeux d'antimoine entre 0,1 et 0,2 mg/m3 et l'utilisation d'un
masque respirateur n'est plus nécessaire.
On notera également que l'association antimoine / terres rares
allonge le temps d'évanouissement de l'antimoine de manière importante.
L'effet produit dure donc plus longtemps dans le processus de fonderie
complet. On notera que le temps d'évanouissement de l'antimoine est même
supérieur au temps d'évanouissement du bismuth dans les alliages inoculants
pour pièces minces.
L'alliage selon la présente demande, lorsqu'ajouté en poche ou au
four, peut permettre ainsi de remplacer voire de supprimer une inoculation
additionnelle au jet ou tardive.
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L'alliage selon la présente demande permet également
particulièrement de limiter grandement voire d'éviter la formation de défauts
de
graphite de type chunky ou spiky , mais également d'améliorer la forme
du graphite en assurant une nodularité supérieure à 95% tout en rapprochant
les sphéroïdes de la sphère parfaite.
L'alliage selon la présente demande permet d'assurer ainsi une
matrice ferrite/perlite homogène suivant les différentes épaisseurs de la
pièce
fabriquée, ce qui améliore notamment les conditions d'usinage ultérieur de la
pièce.
De manière préférentielle, le rapport Antimoine sur Terres Rares
sera supérieur à 1,4, de préférence à 1,6, et inférieur à 2,5; de préférence
inférieur à 2.
Selon une première variante de réalisation, l'alliage inoculant
comprend également du magnésium. Il s'agira alors d'un nodulisant à effet
inoculant additionel.
Il a notamment été constaté de manière inattendue que
contrairement au bismuth déjà utilisé, l'antimoine permettait d'obtenir un
meilleur rendement du magnésium introduit dans la fonte.
Concernant le bismuth, il est connu que ce dernier accélère la
décantation du magnésium dans la fonte et que celle-ci perd donc plus de
magnésium actif servant à la transformation du graphite lamellaire en graphite
sphéroïdal. La meilleure assimilation de l'antimoine sous la forme d'un
nodulisant selon l'invention permet d'assurer une bonne stabilité du
magnésium résiduel entre 1350 C et 1580 C.
Selon une deuxième variante de réalisation, l'alliage inoculant ne
contient pas de magnésium.
Préférentiellement, le ratio terres rares sur antimoine est compris
entre 0,9 et 2,2.
De manière préférentielle, la proportion en masse d'antimoine est
supérieure à 0,3%, préférentiellement supérieure à 0,5%, de préférence encore
supérieure à 0,8%.
De manière préférentielle, la proportion en masse d'antimoine est
inférieure à 1,5%, de préférence inférieure à 1,3%.
Avantageusement, les terres rares comprennent du Lanthane, de
préférence uniquement du lanthane.
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De manière préférentielle, la proportion en masse de terres rares
est supérieure à 0,2%, de préférence supérieure à 0,3%.
De manière préférentielle, la proportion en masse de terres rares
est inférieure à 1,2%, de préférence inférieure à 1%.
La présente invention se rapporte également à l'utilisation de
l'inoculant selon l'invention.
Selon une première variante d'utilisation, ledit inoculant est introduit
sous forme de poudre.
Il convient de noter à ce titre que les produits décrits documents
FR2511044A1 et EP0816522A1 avaient l'inconvénient de présenter une
dégradation de leur granulométrie dans le temps lors du stockage de
l'inoculant. L'inoculant selon l'invention a montré une grande stabilité dans
la
granulométrie des grains dans certaines conditions.
Selon une deuxième variante de réalisation, ledit inoculant est
introduit sous la forme d'un insert solide placé dans un moule de coulée.
De manière préférentielle, l'utilisation de l'inoculant selon l'invention
vise la fabrication de pièces en fonte présentant des parties d'épaisseurs
supérieures à 6mm, de préférence des parties d'épaisseurs supérieures à
20mm, et de manière encore plus préférentielle des parties d'épaisseurs
supérieures à 50mm.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la
description et des exemples qui suivent.
L'inoculant selon l'invention sera typiquement être utilisé dans le
cadre d'une inoculation d'un bain de fonte. Il pourra également être utilisé
en
pré-conditionnement de ladite fonte ainsi qu'en tant que nodulisant le cas
échéant.
Dans le cadre d'une utilisation typique d'un inoculant, la
composition d'un alliage inoculant selon l'invention pourra comprendre par
exemple :
Elément Quantité (% masse)
Si 45 ¨ 80
Ca 0,5 ¨ 4
Al 0,5 ¨ 3
Sb 0,2 ¨ 2
Terres Rares 0,2 ¨ 3
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(notamment
Lanthane)
Fer Solde
Alliage inoculant - composition 1
Bien évidemment, l'inoculant pourra également comprendre des
éléments additionnels apportant des effets particuliers en fonction des
propriétés recherchées. Cela pourra être plus particulièrement le cas dans le
cadre d'un traitement de pré-conditionnement de la fonte.
A titre d'exemple, l'alliage inoculant pourra ainsi présenter la
composition suivante :
Elément Quantité (% masse)
Si 45 - 80
Ca 0.5 - 8
Al 0.5 - 3
Sb 0.2 - 2
Terres Rares
(notamment 0.2 - 3
Lanthane)
Ba 2-15
Mn 2 - 6
Zr 2 - 6
Fer Solde
Alliage inoculant - composition 2
Un traitement d'inoculation consistera typiquement en l'ajout de
0,05 (préférentiellement au moins 0,1%) à 0,8% en masse de l'inoculant au
bain de fonte, notamment dans les conditions suivantes données à titre
d'exnnples :
- en fin de fusion au four à induction
- avant un traitement nodulisant au magnésium, et plus
particuilèrement entre 1 et 5 minutes avant ce traitement
- en couverture d'un traitement ultérieur de type Sandwich ou
Tundish-cover .
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- dans un four de coulée
- lors d'un transvasement entre deux poches (tranfert et coulée,
notamment).
- l'inoculant de préconditionnement pourra notamment être ajouté
sous la forme d'un fil fourré.
La granulométrie de l'inoculant selon l'invention pourra être
adaptée en fonction de ses modalités d'ajout.
A titre d'exemples, on peut citer :
- Ajout en four à induction : granulométrie jusqu'à environ 40 mm,
- Ajout entre le four à induction et la poche de coulée :
granulométrie comprise entre environ 10 et environ 30 mm.
- Ajout en bassin de coulée : granulométrie comprise entre
environ 0,4 et environ 2 mm.
- Ajout avant coulée dans le moule : granulométrie comprise
entre environ 0,2 et environ 0,5 à 2 mm.
- Ajout sous forme d'insert inoculant placé dans le moule de
coulée : inserts de 20g, 40g, 60g, 80g, 300g, 800g, 2kg, 5kg,
10kg, 20kg et 50kg, par exemple.
L'alliage inoculant pourra également être ajouté avec succès en
tant qu'inoculant avant remplissage du moule de coulée ou en inoculation en
poche ou tardive, après ajustement de la chimie de l'alliage (notamment Ba
entre 1,5 et 5% masse et Ca entre 0,5 et 2% masse).
En fonction de l'état métallurgique de la fonte après traitement avec
l'alliage inoculant selon la présente demande, il est possible de supprimer
l'étape post-inoculation. En effet, le maintien prolongé de l'effet
d'inoculation
dans le temps avec l'action de l'antimoine permet de réduire de manière
importante les traitements d'inoculations tardives voire permettre de les
supprimer. Avec par exemple l'addition d'un inoculant contenant le couple Bi /
TR, l'effet d'inoculation perd 30 'Vo sur les 4 premières minutes. Ainsi
l'ajout
d'un inoculant en phase tardive devient une obligation pour récupérer 100 'Vo
de
l'effet d'inoculation à atteindre. Ce n'est pas le cas avec un inoculant selon
la
présente demande.
Dans le cadre d'une utilisation en tant que nodulisant avec fonction
inoculante additionnelle, la composition de l'alliage comprendra également du
magnésium. A titre d'exemple, la composition d'un tel alliage nodulisant avec
fonction inoculante pourra être la suivante :
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Elément Quantité (% masse)
Si 30 ¨ 60
Ca 0,2 ¨ 5
Al 0,2 ¨ 3
Sb 0,1 ¨ 2
Terres Rares
(notamment 0,1 -3
Lanthane)
Mg 3-12
Fer Solde
Alliage nodulisant avec effet inoculant ¨ composition 3
La granulométrie du nodulisant (notamment avec fonction
5 inoculante) selon l'invention sera adaptée en fonction de la taille des
poches de
traitement. Par exemple, pour des poches de 100 à 500kg de fonte, on
privilégiera une granulométrie comprise entre environ 0,4 et environ 2mm,
voire
jusqu'à 7mm. Pour des poches de 500 à 1000kg de fonte, on privilégiera une
granulométrie comprise entre environ 2 et environ 7mm, ou entre environ 10 et
10 environ 30mm. Pour des poches de plus de 1000kg de fonte, on privilégiera
une granulométrie comprise entre environ 10 et environ 30mm.
Des exemples d'utilisation vont maintenant être donnés.
Exemple 1: fonderie A - pièce d'épaisseur 8 mm.
Référence de fonderie (A1)
Conformément à l'art antérieur, la fonte liquide a été traitée par
ajout dans le four à induction d'antimoine pur dans une proportion de 30g
d'antimoine pour une tonne de fonte liquide.
La fonte a ensuite subit un traitement de nodulisation à l'aide d'un
alliage nodulisant de type FeSiMg comprenant un tiers d'un alliage FeSiMg
comprenant 2% de terres rares et deux tiers d'un alliage FeSiMg ne
comprenant pas de terres rares.
La fonte a enfin subit un traitement d'inoculation par ajout dans le
bassin de coulée de 0,1% en masse d'un alliage FeSiMnZr et 0,1% d'un alliage
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FeSiAl, les alliages inoculants étant ajoutés sous la forme d'insert inoculant
dans le moule.
Utilisation d'un alliage inoculant selon l'invention (A2)
Un alliage inoculant selon la composition 2 mentionnée ci-dessus
et contenant (en proportion massique) : Si = 65% Si, Ca = 1,76% Ca, Al =
1,23%, Sb = 0,15%, TR = 0,16%, Ba = 7,9%; a été utilisé dans une proportion
de 0,15% en masse de fonte.
L'étape d'ajout d'antimoine pur a été supprimée et le traitement
nodulisant a été simplifié en utilisant uniquement l'alliage nodulisant FeSiMg
ne
contenant pas de terres rares.
Résultats comparatifs
Al (Référence) A2 (Demande)
Nodularité du graphite 95% 98%
Matrice de la fonte ( /0 8% 3%
perlite)
Allongement 15% 18%
La fonderie A traitée avec un inoculant selon la présente demande
a montré une augmentation de l'allongement en traction sur des éprouvettes de
contrôle pour une nuance EN-GJS-400-15.
Exemple 2 : fonderie B - pièce d'épaisseur 200 mm.
Référence de fonderie (B1)
Conformément à l'art antérieur, la fonte liquide a été traitée par
ajout dans le four à induction d'antimoine pur dans une proportion de 20g
d'antimoine pour une tonne de fonte liquide.
La fonte a ensuite subi un traitement de nodulisation à l'aide d'un
alliage nodulisant de type FeSiMg comprenant 1% en masse de terres rares et
introduit dans la fonte sous la forme d'un fil fourré.
La fonte a enfin subit un traitement d'inoculation par ajout dans le
bassin de coulée de 0,15% en masse d'un alliage FeSiBiTR.
Utilisation d'un alliage inoculant selon la demande (B2)
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Un alliage inoculant selon la composition 2 mentionnée ci-dessus
et contenant comme précédemment : Si = 65% Si, Ca = 1,76% Ca, Al =
1,23%, Sb = 0,15%, TR = 0,16%, Ba = 7,9%; a été utilisé dans une proportion
de 0,15% en masse de fonte.
L'étape d'ajout d'antimoine pur a été supprimée et le traitement
nodulisant a été simplifié en utilisant uniquement un alliage nodulisant
FeSiMg
ne contenant pas de terres rares (également introduit sous forme de fil
fourré).
Résultats comparatifs
B1 (Référence) B2 (Demande)
Nodularité du graphite 91% 97%
Matrice de la fonte (% 4% 3%
perlite)
Défaut Graphite 15% 0%
Chunky
Résilience à -20 C 7 J 12 J
Sur les résultats de résistances aux chocs, la fonte B2 a obtenu
des résultats conformes aux exigences.
Exemple 3 : fonderie C ¨ pièces minces (épaisseur inférieure à
6mm).
Référence de fonderie (Cl)
Conformément à l'art antérieur, la fonte liquide a été traitée par
ajout dans le four à induction d'antimoine pur dans une proportion de 25g
d'antimoine pour une tonne de fonte liquide.
La fonte a ensuite subit un traitement de nodulisation à l'aide d'un
alliage nodulisant de type FeSiMg comprenant 6,7% en masse de magnésium
ainsi que 1,2% de calcium et 0,98% de terres rares.
La fonte a enfin subit un traitement d'inoculation tardive par ajout
0,12% en masse d'un alliage FeSiMnZrBa présentant une granulométrie
comprise entre 0,2 et 5mm.
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Utilisation d'un alliage inoculant selon la demande avec fonction
nodulisante (C2)
Un alliage nodulisant avec fonction inoculante selon la composition
3 mentionnée ci-dessus a été utilisé.
Comme pour les exemples précédents, l'étape d'ajout d'antimoine
pur a été supprimée.
Le traitement nodulisant a été effectué à l'aide d'un alliage de type
FeSiMg selon la composition 3 de la présente demande et comprenant 6,4%
en masse de magnésium ainsi que 1,3% de calcium, 0,6% d'antimoine et 1,2%
de terres rares.
Une inoculation complémentaire a été effectuée selon une méthode
d'inoculation tardive avec 0,09% d'un alliage FeSiAlCa et 0,009% d'un alliage
FeSiMnZrBa.
Résultats comparatifs
Cl (Référence) C2 (Demande)
Nodularité du graphite 93% 98%
Matrice de la fonte (`)/0 15% 4/5%
perlite)
Défaut Graphite 4% 0%
Chunky
En utilisant un nodulisant selon la présente demande on note une
disparition des défauts de graphite chunky sur toutes les pièces
contrôlées.
Ainsi, l'inoculation additionnelle (inoculation tardive) a pu être faite
en utilisant une inoculant plus économique de type FeSiAlCa.
Exemple 4: fonderie D ¨ pièces massives.
Référence de fonderie (D1)
Conformément à l'art antérieur, la fonte liquide a été traitée par
ajout dans le four à induction d'antimoine pur dans une proportion de 30g
d'antimoine pour une tonne de fonte liquide.
CA 02889124 2015-04-21
WO 2014/076404 PCT/FR2013/052710
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La fonte a ensuite subit un traitement de nodulisation à l'aide d'un
alliage nodulisant de type FeSiMg comprenant 9,1% en masse de magnésium
ainsi que 1,4% de calcium et 1,1% de terres rares.
La fonte a enfin subit un traitement d'inoculation par ajout d'un
insert de 10kg par tonne de fonte d'un alliage inoculant FeSiMnZr.
Utilisation d'un alliage inoculant selon la demande (D2)
Un alliage inoculant selon la composition 2 mentionnée ci-dessus
et contenant : Si = 65% Si, Ca = 1,76% Ca, Al = 1,23%, Sb = 0,15%, TR =
0.16%, Ba = 7,9%; a été utilisé sous forme d'insert de 10kg comme pour la
référence.
Comme pour les exemples précédents, l'étape d'ajout d'antimoine
pur a été supprimée.
Le traitement nodulisant a été effectué à l'aide du même alliage
que pour la référence, à savoir en utilisant un alliage nodulisant de type
FeSiMg comprenant 9,1% en masse de magnésium ainsi que 1,4% de calcium
et 1,1% de terres rares.
Résultats comparatifs
D1 (Référence) D2 (Demande)
Nodularité du graphite 92% 97%
Matrice de la fonte (% 5/10% 0/5%
perlite)
Défaut Graphite 2% 0%
Chunky
Résistance à la traction 370 MPa 420 MPa
Allongement 18% 22%
Résistance au choc à - 10J 14J
20 C
La fonte D permet d'élaborer une nuance de fonce EN-GJS-400-
18-LT utilisée notamment dans le secteur éolien. L'utilisation de l'inoculant
selon la demande a permis d'augmenter la résistance aux chocs de manière
importante.
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Exemple 5: fonderie E ¨ pièces minces et traitement
nodulisant.
Référence de fonderie (El)
5 La fonte liquide a subi un traitement de nodulisation à l'aide d'un
alliage nodulisant de type FeSiMg comprenant 9,1% en masse de magnésium
ainsi que 0,8% de bismuth et 0,7% de terres rares.
La fonte a ensuite subit un traitement d'inoculation selon une
méthode d'inoculation tardive par ajout de 0,18% d'un alliage FeSiMnZr
10 présentant une granulométrie comprise entre 0,2 et 5mm.
Utilisation d'un alliage inoculant selon la demande avec fonction
nodulisante (E2)
Un alliage nodulisant selon la composition 3 mentionnée ci-dessus
15 a été utilisé. L'alliage utilisé est un alliage de type FeSiMg
comprenant 9,1% de
magnésium ainsi que 0,75% d'antimoine et 0,5% de terres rares.
La fonte a ensuite subit un traitement d'inoculation additionnel
selon une méthode d'inoculation tardive par ajout de 0,17% d'un alliage
FeSiMnZr présentant une granulométrie comprise entre 0,2 et 5mm.
Résultats comparatifs
El (Référence) E2 (Demande)
Nodularité du graphite 91% 95%
Défaut Graphite 2% 0%
Chunky
Rendement Mg 54% 69%
Comme évoqué précédemment, on constate que le fait de
remplacer le bismuth par de l'antimoine a augmenté le rendement du
magnésium dans la fonte E.
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Exemple 6: Fonderie D sur pièces massives.
La référence de fonderie (F1) et l'essai (F2) utilisant un alliage
inoculant selon la demande ont été réalisés conformément à l'exemple 4 et la
fonderie D en inoculant des pièces massives.
Résultats comparatifs
F1 (Référence) F2 (Demande)
Rendement Sb 67% 98%
On constate que grâce au rendement élevé obtenu, il est possible
de mieux maîtriser la quantité d'antimoine ajoutée. La fonderie F2 a permis
une
économie importante en diminuant de 31,5% les doses d'antimoine à ajouter.
Exemple 7: Fonderie D sur pièces massives.
La référence de fonderie (G1) et l'essai (G2) utilisant un alliage
inoculant selon la demande ont été réalisés conformément à l'exemple 4 et la
fonderie D en inoculant des pièces massives.
Résultats comparatifs
G1 (Référence) G2 (Demande)
Dégagement de Sb en 8 0,7 ring/m3 0,1 mg/m3
heures
On constate que grâce à l'inoculant selon la présente demande, le
dégagement d'antimoine est fortement limité et très inférieur au seuil
réglementaire de 0,5 mg/m3. Les conditions de travail en sont améliorées.
Exemple 8 : fonderie H - pièce d'épaisseur 150 mm.
Référence de fonderie (H1)
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Conformément à l'art antérieur, la fonte liquide a été traitée par
ajout dans le four à induction d'antimoine pur dans une proportion de 15g
d'antimoine pour une tonne de fonte liquide.
La fonte a ensuite subit un traitement de nodulisation à l'aide d'un
fil fourré nodulisant (diamètre 13 mm, 32 % de Mg, 1,2 % de TR, 230 g /m de
poudre)
La fonte a enfin subit un traitement d'inoculation tardive par ajout
au jet de coulée 0,15% en masse d'un alliage FeSiMnZr.
Utilisation d'un alliage inoculant selon la demande (H2)
Un alliage inoculant selon la composition 1 [contenant Si = 64% Si,
Ca = 1,64% Ca, Al = 1,15%, Sb = 0,5%, TR = 0,3%] mentionnée ci-dessus a
été utilisé dans une proportion de 0,2% en masse de fonte.
L'étape d'ajout d'antimoine pur a été supprimée et le traitement
nodulisant a été simplifié en utilisant uniquement un alliage nodulisant
FeSiMg
ne contenant pas de terres rares (également introduit sous forme de fil
fourré).
Résultats comparatifs
i
H1 (Référence) H2 (Demande)
Nodularité du graphite 87% 98%
Matrice de la fonte (% 3% 3%
perlite)
Défaut Graphite 19% 0%
Chunky
Résilience à -20 C 4 J 14 J
Sur les résultats de résistances aux chocs, la fonte H2 a obtenu
des résultats conformes aux exigences.
Bien que l'invention ait été décrite avec des exemples particuliers
de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et
qu'elle
comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs
combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
