FR2701717A1 - Process for producing gray cast iron for superficial reflow treatment - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'élaboration de fonte grise pour la réalisation de pièces destinées à recevoir un traitement de refusion superficielle. Le procédé consiste principalement, à introduire pendant le remplissage de la poche de coulée un inoculant comportant des éléments de type "terre rare" préférentiellement du cérium sous la forme d'un ferrosilicium chargé de cérium.The invention relates to a process for producing gray cast iron for the production of parts intended to receive a surface remelting treatment. The method mainly consists in introducing during the filling of the ladle an inoculant comprising elements of "rare earth" type, preferably cerium in the form of a ferrosilicon loaded with cerium.
Description
L-invention concerne un procédé d-élaboration de fonte grise, pour laThe invention relates to a process for producing gray cast iron, for
réalisation de pièces destinées à recevoir un production of parts intended to receive a
traitement de refusion superficielle. superficial reflow treatment.
On sait que la refusion superficielle est un traitement qui consiste à réaliser à 1 Yaide d'une torche une fusion ponctuelle sur la surface de la pièce; cette fusion est suivie d'une resolidification, et on balaye ainsi la surface à traiter de manière à réaliser une trempe superficielle Ce procédé est appliqué en particulier aux arbres à cames dont on traite ainsi It is known that superficial reflow is a process which consists in producing, with the aid of a torch, a point fusion on the surface of the piece; this melting is followed by a resolidification, and thus the surface to be treated is swept in such a manner as to perform a surface quenching. This process is applied in particular to the camshafts which are thus treated.
les surfaces portantes des cames.the bearing surfaces of the cams.
On sait d-autre part que les arbres à cames ainsi traités présentent souvent des piqûres, ce qui occasionne un nombre important de rejets Ces problèmes apparaissent de façon It is known, on the other hand, that the camshafts treated in this way often show punctures, which causes a large number of rejects.
aléatoire à un stade très avancé de la finition des pièces. random at a very advanced stage of the finishing of the pieces.
Il a été observé que les défauts des pièces traitées par refusion résultent de la teneur en gaz de la fonte, plus particulièrement de la teneur en oxygène Pour remédier aux inconvénients précités, il faut réaliser des pièces destinées à la refusion superficielle à partir d'une fonte à faible teneur en oxygène, dont l'oxygène est uniformément réparti et lié à des éléments donnant des composés stables pendant la refusion It has been observed that the defects of reflow-treated parts result from the gas content of the cast iron, more particularly from the oxygen content. In order to overcome the aforementioned drawbacks, it is necessary to produce parts intended for surface reflow from a low oxygen content, whose oxygen is uniformly distributed and bonded to elements giving stable compounds during remelting
de manière à éviter la formation de gaz. in order to avoid the formation of gas.
On connaît des procédés très coûteux d'élaboration de fontes exemptes d'oxygène, comme par exemple l'élaboration sous vide à partir de matières premières sévèrement sélectionnées De tels procédés utilisés dans l-industrie aéronautique ne conviennent pas pour la fabrication en grande série dans l-industrie automobile. L-invention a donc pour objet un procédé pour l Vélaboration d-une fonte grise pour la réalisation de pièces destinées à recevoir un traitement de refusion superficielle, ayant une faible teneur en oxygène et dont l'oxygène combiné à d'autres éléments de façon stable, ne donne pas de dégagement gazeux pendant la refusion; ce procédé comportant également des moyens au niveau de l'élaboration de la fonte pour prévoir si les pièces coulées seront aptes à recevoir le traitement de refusion superficielle sans faire apparaître de défauts en fin Very expensive processes are known for producing oxygen-free cast irons, such as, for example, vacuum preparation from severely selected raw materials. Such processes used in the aeronautical industry are not suitable for mass production in automobile industry. The invention therefore relates to a method for the development of a gray cast iron for the production of parts intended to receive a surface reflow treatment, having a low oxygen content and whose oxygen combined with other elements so stable, does not give off gas during reflow; this method also comprising means at the level of the development of the cast iron to predict whether the castings will be able to receive the surface reflow treatment without revealing defects in the end
de traitement.treatment.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention se caractérise par le fait qu'il comporte pendant le remplissage de la poche de coulée, une opération d'introduction d'un inoculant comportant principalement des éléments du type "terre rare" préférentiellement du cérium En particulier le cérium peut être introduit sous la forme d-un ferrosilicium chargé de The method which is the subject of the invention is characterized in that it comprises during the filling of the ladle, an introduction operation of an inoculant comprising mainly elements of the "rare earth" type, preferably cerium In particular cerium can be introduced in the form of a ferrosilicon charged with
cérium à un taux voisin de 8,8 pour cent. cerium at a rate close to 8.8 percent.
Le procédé se caractérise aussi par le fait qu il comporte une opération de dosage de l'oxygène contenu dans la fonte et des moyens pour adapter la quantité d'inoculant introduite à la The method is also characterized by the fact that it comprises an operation for dosing the oxygen contained in the cast iron and means for adapting the amount of inoculant introduced to the
quantité d'oxygène détectée.amount of oxygen detected.
Le procédé se caractérise également par le fait qu'il comporte une opération de suivi en fonction du temps de la variation du taux de cérium corrélé au taux d-oxygène présent dans la poche de coulée de manière à rejeter le contenu de la poche quand le taux de cérium résiduel devient insuffisant de préférence quand The method is also characterized by the fact that it comprises a follow-up operation as a function of time of the variation of the cerium content correlated with the oxygen content present in the ladle, so as to reject the contents of the ladle when the residual cerium level becomes insufficient preferably when
ce taux est inférieur à 60 ppm environ. this rate is less than about 60 ppm.
Le procédé sera mieux compris grâce à la description ci- The process will be better understood thanks to the description
dessous illustrée par les dessins annexés: La Figure 1 représente le taux de cérium nécessaire pour below is illustrated by the accompanying drawings: FIG. 1 represents the cerium level necessary for
une teneur en oxygène de la fonte.an oxygen content of the cast iron.
Les figures 2 et 3 représentent les résultats des dosages de l'oxygène sur un échantillon dans deux cas particuliers La figure 4 représente la variation au cours du temps du FIGS. 2 and 3 represent the results of oxygen determinations on a sample in two particular cases FIG. 4 represents the variation over time of the
taux de cérium dans une poche de coulée. cerium level in a ladle.
On sait que les terres rares sont avides d-oxygène et par conséquent sont de nature à stabiliser 1 Joxygène dans la fonte Rare earths are known to be avid for oxygen and therefore are likely to stabilize oxygen in the melt.
en fusion.in fusion.
Les demanderesses ont effectué un grand nombre d'essais en introduisant dans la fonte en fusion des terres rares Les essais ont été réalisés principalement avec le cérium comme agent inoculant Ils ont permis de découvrir une corrélation simple entre les quantités d'oxygène contenues dans la fonte et les quantités de cérium inoculé Cette corrélation permet de déterminer la quantité de cérium à inoculer pour obtenir des The applicants have carried out a large number of tests by introducing rare earths into the melt. The tests were carried out mainly with cerium as an inoculant agent. They made it possible to discover a simple correlation between the quantities of oxygen contained in the melt. and the quantities of cerium inoculated This correlation makes it possible to determine the quantity of cerium to be inoculated in order to obtain
pièces sans piqûres.parts without stings.
On voit sur la figure 1 un graphique avec en abscisse un taux de cérium exprimé en ppm (parties par million) et en ordonnée un taux d-oxygène en ppm Un grand nombre d-essais ont été effectués et dans chaque cas, les teneurs en oxygène et en cérium ont été mesurées sur des échantillons prélevés dans la poche avant la coulée Les résultats de ces mesures sont représentés sur le graphique, à chaque essai correspond un point représenté par un cercle Les arbres à cames qui ont été FIG. 1 shows a graph with abscissa a cerium level expressed in ppm (parts per million) and on the ordinate a rate of oxygen in ppm. A large number of tests were carried out and in each case the levels of Oxygen and cerium were measured on samples taken from the pocket before casting. The results of these measurements are shown on the graph, at each test corresponds a point represented by a circle. The camshafts which were
réalisés ont suivi un traitement de refusion superficielle. performed a superficial reflow treatment.
Certains ont présenté des piqûres, ils correspondent aux cercles du graphique qui sont hachurés Les cercles blancs correspondent aux arbres à cames qui, après traitement, se sont Some of them presented punctures, they correspond to the circles of the chart which are hatched. The white circles correspond to the camshafts which, after treatment, have
relevés satisfaisants.satisfactory records.
Une droite d a été tracée sur le graphique, elle sépare les cercles hachurés et les cercles blancs Cette droite passe par les coordonnées suivantes: 60 ppm de cérium pour 75 ppm d'oxygène A straight line has been drawn on the graph, it separates the hatched circles and the white circles This line passes by the following coordinates: 60 ppm of cerium for 75 ppm of oxygen
ppm de cérium pour 135 ppm d'oxygène. ppm of cerium for 135 ppm of oxygen.
La quantité de cérium à introduire dans la poche à 1 'aide de l'inoculant doit donc être supérieure, tout en restant voisine de la quantité définie par la droite précitée, en fonction du taux d'oxygène détecté De préférence et par sécurité, on prévoira par rapport à la droite d un excès de cérium de l'ordre de 15 à 20 ppm On évitera également les conditions The quantity of cerium to be introduced into the bag with the aid of the inoculant must therefore be greater, while remaining close to the quantity defined by the aforementioned straight line, as a function of the oxygen level detected. will provide with respect to the right of an excess of cerium on the order of 15 to 20 ppm.
extrêmes en se limitant à la fourchette 30 à 125 ppm de cérium. extremes by limiting it to the 30 to 125 ppm range of cerium.
Les meilleures conditions sont celles voisines de 80 ppm The best conditions are those close to 80 ppm
d-oxygène et de 60 ppm de cérium-of oxygen and 60 ppm of cerium
Il a été constaté, au cours de nombreux essais, que l'inoculant doit être introduit de façon continue pendant le remplissage de la poche de telle sorte qu'à aucun instant le taux de cérium ne It has been found, during many tests, that the inoculant must be introduced continuously during the filling of the pouch so that at no time the cerium
soit ni insuffisant ni excessif.neither insufficient nor excessive.
Les figures 2 et 3 représentent des analyses effectuées à l'aide d-un doseur d'oxygène type LECO TC 436 sur des échantillons prélevés dans les poches de coulée Chacune des deux figures montre une première courbe Cl représentant la montée en température en fonction du temps de J/échantillon dans J/appareil, et la deuxième courbe C 2 représente le dégagement d-oxygène qui se produit principalement au voisinage de 20000 K. L-échantillon représenté par la figure 2 contient 53 ppm d'oxygène et J/échantillon représenté par la figure 3 contient FIGS. 2 and 3 represent analyzes carried out with a LECO TC 436 type oxygen meter on samples taken from the ladles. Each of the two figures shows a first curve C1 representing the rise in temperature as a function of time of J / sample in J / apparatus, and the second curve C 2 represents the release of oxygen which occurs mainly in the vicinity of 20000 K. The sample represented by Figure 2 contains 53 ppm of oxygen and J / sample represented by Figure 3 contains
117 ppm d'oxygène.117 ppm oxygen.
Le métal contenant plus de 100 ppm d'oxygène doit être rejeté, il donne des arbres à cames qui présenteront des piqûres après Metal containing more than 100 ppm of oxygen must be rejected, it gives camshafts which will present bites after
traitement de refusion superficielle. superficial reflow treatment.
La figure 4 représente la variation en fonction du temps du taux de cérium contenu dans la poche On voit sur la figure une première courbe t qui représente la température du métal liquide La poche vide préalablement mise en température n-est pas chauffée pendant ni après le remplissage On constate, en observant la courbe, une chute de température pendant le FIG. 4 shows the variation as a function of time of the cerium content contained in the ladle. FIG. 1 shows a first curve t which represents the temperature of the liquid metal. The empty pouch previously put into temperature is not heated during or after filling is observed, observing the curve, a drop in temperature during the
remplissage, suivie d'une remontée quand la poche est pleine. filling, followed by a lift when the pocket is full.
L'inoculant est introduit en continu pendant le remplissage et la flèche F désigne la fin du remplissage Le taux de cérium mesuré à la fin du remplissage dépasse 100 ppm On voit, en observant la deuxième courbe Ce que ce taux baisse régulièrement ce qui correspond à une évaporation de cérium à The inoculant is introduced continuously during the filling and the arrow F designates the end of the filling The cerium content measured at the end of the filling exceeds 100 ppm It is seen, by observing the second curve that this rate drops regularly which corresponds to Evaporation of cerium
partir du métal liquide.from the liquid metal.
Il est préférable d'utiliser la poche pour couler des pièces avant que le taux de cérium ne descende en dessous de 60 ppm ce qui correspond environ à quinze minutes d'utilisation Quand la fonte est coulée dans les moules, la solidification est rapide It is better to use the bag to sink parts before the cerium level drops below 60 ppm which corresponds to about fifteen minutes of use When the cast iron is poured into the molds, the solidification is fast
et la perte de cérium après la coulée est négligeable. and the loss of cerium after casting is negligible.
Pour optimiser le procédé, il est bon de sélectionner les matières premières qui servent à élaborer la fonte, afin d'avoir un taux de cérium modéré Dans le cas de la fabrication d'arbres à cames pour l'industrie automobile, ces matières premières se composent généralement de chutes de tôles Il est nécessaire d'effectuer des prélèvements de matières premières et de ne conserver que celles dont la teneur en oxygène est voisine de 80 ppm Cette teneur en oxygène doit être suivie pendant l'élaboration de la fonte de manière à n'utiliser la To optimize the process, it is good to select the raw materials used to develop the cast iron, in order to have a moderate cerium level. In the case of the manufacture of camshafts for the automotive industry, these raw materials are generally consist of scrap It is necessary to take samples of raw materials and to keep only those whose oxygen content is close to 80 ppm This oxygen content must be monitored during the development of the cast iron so as to do not use the
fonte que lorsque la teneur est inférieure à 80 ppm. only when the content is less than 80 ppm.
De nombreux essais ont montré que les retours du procédé ne peuvent être recyclés pour la même utilisation Il est impératif d-utiliser des matières premières qui n'ont pas suivi un traitement antérieur selon le procédé Les composés de cérium que contiennent ces retours faussent les prévisions et Many tests have shown that the returns of the process can not be recycled for the same use It is imperative to use raw materials that have not followed an earlier treatment according to the process The cerium compounds contained in these returns distort the forecasts and
perturbent la mise en oeuvre du procédé. disrupt the implementation of the process.
Bien entendu, le procédé selon l'invention ne se limite pas à l'exemple décrit, c'est ainsi qu'au lieu de cérium on pourrait Of course, the process according to the invention is not limited to the example described, it is thus that instead of cerium one could
utiliser comme inoculant une autre terre rare- use as inoculant another rare earth-
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