Le rôle des éléments couramment utilisés dans la fonte grise
1.Carbone et silicium : Le carbone et le silicium sont des éléments qui favorisent fortement la graphitisation. L'équivalent carbone peut être utilisé pour illustrer leurs effets sur la structure métallographique et les propriétés mécaniques de la fonte grise. L'augmentation de l'équivalent carbone fait que les flocons de graphite deviennent plus grossiers, augmentent en nombre et diminuent en résistance et en dureté. Au contraire, la réduction de l'équivalent carbone peut réduire le nombre de graphites, affiner le graphite et augmenter le nombre de dendrites austénitiques primaires, améliorant ainsi les propriétés mécaniques de la fonte grise. Cependant, la réduction de l’équivalent carbone entraînera une diminution des performances de coulée.
2. Manganèse : Le manganèse lui-même est un élément qui stabilise les carbures et empêche la graphitisation. Il a pour effet de stabiliser et d’affiner la perlite en fonte grise. Dans la plage Mn = 0,5 % à 1,0 %, l'augmentation de la quantité de manganèse favorise l'amélioration de la résistance et de la dureté.
3.Phosphore : Lorsque la teneur en phosphore de la fonte dépasse 0,02 %, un eutectique de phosphore intergranulaire peut se produire. La solubilité du phosphore dans l'austénite est très faible. Lorsque la fonte se solidifie, le phosphore reste essentiellement dans le liquide. Lorsque la solidification eutectique est presque complète, la composition de la phase liquide restante entre les groupes eutectiques est proche de la composition eutectique ternaire (Fe-2%, C-7%, P). Cette phase liquide se solidifie à environ 955℃. Lorsque la fonte se solidifie, le molybdène, le chrome, le tungstène et le vanadium sont tous séparés dans la phase liquide riche en phosphore, augmentant ainsi la quantité d'eutectique du phosphore. Lorsque la teneur en phosphore de la fonte est élevée, outre les effets nocifs de l'eutectique du phosphore lui-même, elle réduira également les éléments d'alliage contenus dans la matrice métallique, affaiblissant ainsi l'effet des éléments d'alliage. Le liquide eutectique de phosphore est pâteux autour du groupe eutectique qui se solidifie et se développe, et il est difficile de se reconstituer pendant le retrait de solidification, et la pièce moulée a une plus grande tendance à se rétrécir.
4. Soufre : Il réduit la fluidité du fer en fusion et augmente la tendance des pièces moulées à se fissurer à chaud. C'est un élément nocif dans les moulages. Par conséquent, beaucoup de gens pensent que plus la teneur en soufre est faible, mieux c'est. En fait, lorsque la teneur en soufre est ≤0,05 %, ce type de fonte ne convient pas à l'inoculant ordinaire que nous utilisons. La raison en est que l'inoculation se dégrade très rapidement et que des taches blanches apparaissent souvent dans les moulages.
5.Cuivre : Le cuivre est l’élément d’alliage le plus couramment ajouté dans la production de fonte grise. La raison principale est que le cuivre a un point de fusion bas (1083 ℃), est facile à fondre et a un bon effet d'alliage. La capacité de graphitisation du cuivre est d'environ 1/5 de celle du silicium, elle peut donc réduire la tendance de la fonte à avoir une fonte blanche. Dans le même temps, le cuivre peut également réduire la température critique de transformation de l’austénite. Par conséquent, le cuivre peut favoriser la formation de perlite, augmenter la teneur en perlite, affiner la perlite et renforcer la perlite et la ferrite, augmentant ainsi la dureté et la résistance de la fonte. Cependant, plus la quantité de cuivre est élevée, mieux c'est. La quantité appropriée de cuivre ajoutée est de 0,2 % à 0,4 %. Lors de l'ajout d'une grande quantité de cuivre, l'ajout simultané d'étain et de chrome nuit aux performances de coupe. Cela entraînera la production d’une grande quantité de structure de sorbite dans la structure matricielle.
6. Chrome : L'effet d'alliage du chrome est très fort, principalement parce que l'ajout de chrome augmente la tendance du fer fondu à avoir une fonte blanche et que la pièce moulée est facile à rétrécir, ce qui entraîne des déchets. La quantité de chrome doit donc être contrôlée. D'une part, on espère que le fer fondu contiendra une certaine quantité de chrome pour améliorer la résistance et la dureté de la pièce moulée ; d'autre part, le chrome est strictement contrôlé à la limite inférieure pour éviter que la pièce moulée ne rétrécisse et provoque une augmentation du taux de rebut. L'expérience traditionnelle veut que lorsque la teneur en chrome de la fonte d'origine dépasse 0,35 %, cela aura un effet fatal sur la pièce moulée.
7. Molybdène : Le molybdène est un élément typique formant un composé et un puissant élément stabilisant la perlite. Il peut raffiner le graphite. Lorsque ωMo < 0,8 %, le molybdène peut affiner la perlite et renforcer la ferrite dans la perlite, améliorant ainsi efficacement la résistance et la dureté de la fonte.
Plusieurs problèmes en fonte grise doivent être notés
1. L'augmentation de la surchauffe ou la prolongation du temps de maintien peuvent faire disparaître les noyaux hétérogènes existants dans la masse fondue ou réduire leur efficacité, réduisant ainsi le nombre de grains d'austénite.
2. Le titane a pour effet d'affiner l'austénite primaire en fonte grise. Parce que les carbures, nitrures et carbonitrures de titane peuvent servir de base à la nucléation de l'austénite. Le titane peut augmenter le noyau d'austénite et affiner les grains d'austénite. D’un autre côté, lorsqu’il y a un excès de Ti dans le fer fondu, le S contenu dans le fer réagira avec Ti au lieu de Mn pour former des particules de TiS. Le noyau graphite du TiS n’est pas aussi efficace que celui du MnS. Par conséquent, la formation du noyau de graphite eutectique est retardée, augmentant ainsi le temps de précipitation de l'austénite primaire. Le vanadium, le chrome, l'aluminium et le zirconium sont similaires au titane dans le sens où ils sont faciles à former des carbures, des nitrures et des carbonitrures et peuvent devenir des noyaux d'austénite.
3. Il existe de grandes différences dans les effets des différents inoculants sur le nombre d'amas eutectiques, qui sont disposés dans l'ordre suivant : CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi contenant Sr ou Ti a un effet plus faible sur le nombre d'amas eutectiques. Les inoculants contenant des terres rares ont le meilleur effet, et l'effet est plus significatif lorsqu'ils sont ajoutés en combinaison avec Al et N. Le ferrosilicium contenant Al et Bi peut fortement augmenter le nombre d'amas eutectiques.
4. Les grains de croissance symbiotique à deux phases graphite-austénite formés avec des noyaux de graphite comme centre sont appelés amas eutectiques. Les agrégats de graphite submicroscopiques, les particules de graphite non fondues résiduelles, les branches de flocons de graphite primaires, les composés à point de fusion élevé et les inclusions de gaz qui existent dans le fer fondu et peuvent être les noyaux du graphite eutectique sont également les noyaux des amas eutectiques. Puisque le noyau eutectique est le point de départ de la croissance de l’amas eutectique, le nombre d’amas eutectiques reflète le nombre de noyaux qui peuvent se transformer en graphite dans le liquide de fer eutectique. Les facteurs affectant le nombre d'amas eutectiques comprennent la composition chimique, l'état du noyau du fer en fusion et la vitesse de refroidissement.
La quantité de carbone et de silicium dans la composition chimique a une influence importante. Plus l’équivalent carbone est proche de la composition eutectique, plus il y a d’amas eutectiques. S est un autre élément important qui affecte les amas eutectiques de fonte grise. Une faible teneur en soufre n'est pas propice à l'augmentation des amas eutectiques, car le sulfure présent dans le fer fondu est une substance importante du noyau de graphite. De plus, le soufre peut réduire l’énergie interfaciale entre le noyau hétérogène et la masse fondue, de sorte qu’un plus grand nombre de noyaux puisse être activé. Lorsque W (S) est inférieur à 0,03 %, le nombre d'amas eutectiques est considérablement réduit et l'effet de l'inoculation est réduit.
Lorsque la fraction massique de Mn est inférieure à 2 %, la quantité de Mn augmente et le nombre d'amas eutectiques augmente en conséquence. Le Nb génère facilement des composés de carbone et d’azote dans le fer fondu, qui agit comme un noyau de graphite pour augmenter les amas eutectiques. Ti et V réduisent le nombre d'amas eutectiques car le vanadium réduit la concentration en carbone ; le titane capture facilement le S dans le MnS et le MgS pour former du sulfure de titane, et sa capacité de nucléation n'est pas aussi efficace que celle du MnS et du MgS. N dans le fer fondu augmente le nombre d'amas eutectiques. Lorsque la teneur en N est inférieure à 350 x10-6, ce n'est pas évident. Après avoir dépassé une certaine valeur, la surfusion augmente, augmentant ainsi le nombre d'amas eutectiques. L'oxygène dans le fer fondu forme facilement diverses inclusions d'oxydes sous forme de noyaux, de sorte que à mesure que l'oxygène augmente, le nombre d'amas eutectiques augmente. Outre la composition chimique, l’état du cœur de la masse eutectique est un facteur d’influence important. Le maintien d'une température élevée et d'une surchauffe pendant une longue période entraînera la disparition ou la diminution du noyau d'origine, réduira le nombre d'amas eutectiques et augmentera le diamètre. Le traitement d'inoculation peut grandement améliorer l'état du noyau et augmenter le nombre de grappes eutectiques. La vitesse de refroidissement a un effet très évident sur le nombre d'amas eutectiques. Plus le refroidissement est rapide, plus il y a d'amas eutectiques.
5. Le nombre d'amas eutectiques reflète directement l'épaisseur des grains eutectiques. En général, les grains fins peuvent améliorer les performances des métaux. En supposant la même composition chimique et le même type de graphite, à mesure que le nombre de grappes eutectiques augmente, la résistance à la traction augmente, car les feuilles de graphite dans les grappes eutectiques deviennent plus fines à mesure que le nombre de grappes eutectiques augmente, ce qui augmente la résistance. Cependant, avec l'augmentation de la teneur en silicium, le nombre de groupes eutectiques augmente de manière significative, mais la résistance diminue au contraire ; la résistance de la fonte augmente avec l'augmentation de la température de surchauffe (jusqu'à 1 500 ℃), mais à ce moment-là, le nombre de groupes eutectiques diminue considérablement. La relation entre la loi de changement du nombre de groupes eutectiques provoquée par un traitement d'inoculation à long terme et l'augmentation de la résistance n'a pas toujours la même tendance. La résistance obtenue par traitement d'inoculation avec FeSi contenant Si et Ba est supérieure à celle obtenue avec CaSi, mais le nombre de groupes eutectiques de la fonte est bien inférieur à celui du CaSi. Avec l'augmentation du nombre de groupes eutectiques, la tendance au retrait de la fonte augmente. Afin d'éviter la formation de retrait dans les petites pièces, le nombre de groupes eutectiques doit être contrôlé en dessous de 300~400/cm2.
6. L'ajout d'éléments d'alliage (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) qui favorisent la surfusion dans les inoculants graphitisés peut améliorer le degré de surfusion de la fonte, affiner les grains, augmenter la quantité d'austénite et favoriser la formation de perlite. Les éléments tensioactifs ajoutés (Te, Bi, 5b) peuvent être adsorbés sur la surface des noyaux de graphite pour limiter la croissance du graphite et réduire la taille du graphite, de manière à atteindre l'objectif d'amélioration des propriétés mécaniques globales, d'amélioration de l'uniformité et d'augmentation de la régulation organisationnelle. Ce principe a été appliqué dans la pratique de production de fonte à haute teneur en carbone (telle que les pièces de frein).
Heure de publication : 05 juin 2024
