Titre : Nuance de fonte ductile à matrice ferritique renforcée

Domaine technique

Le domaine de l ' invention est celui des fontes ductiles ou fontes GS à graphite sphéroïdal à matrice ferritique renforcée .

Technique antérieure

Les fontes ductiles ou fontes GS à graphite sphéroidal normalisées selon la norme européenne EN 1563 et dites à matrice ferritique renforcée se caractérisent par les caractéristiques mécaniques suivantes : la résistance à la traction (Rm) en MPa, l' allongement (A) en %, la limite d' élasticité (Rp 0, 2) en MPa. D' ailleurs, le rapport entre la limite d' élasticité et à la résistance à la traction est un indicateur de qualité des fontes ductiles.

II est connu que des fontes ductiles traditionnelles selon la norme EN 1563 de matrice ma j oritairement perlitique sont d' excellente qualité en ayant une résistance à la traction pouvant atteindre 700MPa, un allongement à la rupture de 8% et uunn rapport entre la limite d' élasticité et à la résistance à la traction de

65%.

Néanmoins , les industriels cherchent à utiliser des fontes ductiles qui présentent un rapport entre la limite d' élasticité et à la résistance à la traction supérieur à celui des fontes ductiles traditionnelles tout en présentant une même résistance à la traction et un même allongement .

Exposé de l ' invention

Le but de l' invention est de proposer une autre nuance de fonte ductile, s’inscrivant dans la lignée des fontes ductiles normalisées selon EN 1563.

A cet effet, l'invention a pour objet une fonte ductile caractérisée en ce que qu'elle présente une résistance à la traction (Rm) supérieure ou égale à 700 MPa, un allongement de 8% une limite d’élasticité (Rp 0,2) supérieure ou égale à 532 MPa et un rapport limite d’élasticité (Rp 0,2) sur résistance à la traction (Rm) soit un minimum de 76% lors d’un essai de traction réalisé sur éprouvette prélevé dans un barreau de traction conformément à la norme EN 1563 de diamètre 25 mm et de longueur 200 mm.

La fonte ductile selon l'invention peut présenter les particularités suivantes :

- elle peut présenter un allongement à la rupture (A) supérieur ou égal à 8% ;

~ elle peut comprendre une teneur en poids total en carbone comprise entre 2,8 et 4,5% ;

~ elle peut comprendre une teneur en poids total en silicium comprise entre 3 et 5% ;

- elle peut comprendre une teneur en poids total en manganèse comprise entre 0,1 et 0,8% ;

- elle peut comprendre une teneur en poids total en soufre inférieure à 0,01% ;

- elle peut comprendre une teneur en poids total en phosphore comprise entre 0,001 et 0,05% ; elle peut comprendre une teneur en poids total en cuivre comprise entre 0,1 et 1% ; elle peut comprend une teneur en poids total en magnésium inférieure à 0,1%.

Selon l’invention, cette nuance permet d’obtenir un gain à l’allongement à la rupture par rapport aux fontes ductiles traditionnelles , une moindre diminution des caractéristiques mécaniques entraînée par la réduction de l' épaisseur, mais surtout un meilleur rapport entre la limite d' élasticité et la résistance à la traction qui est de l' ordre de 65% p poouurr les fontes ductiles traditionnelles alors qu' il dépasse 76% pour la présente nuance .

Selon l' invention, on peut considérer que cette nuance à matrice ferritique renforcée permet d' être utilisée à la place d'une nuance ductile traditionnelle d' au moins une classe supérieure.

L' invention s' étend également à un procédé de préparation d'une fonte ductile pour la fabrication d'une pièce moulée, comprenant :

- la préparation d'une matière première qui contient en outre du carbone, du silicium, du manganèse, du soufre, du phosphore, du cuivre, du magnésium et du fer

- la fusion de la matière ;

- l' inoculation de la matière première

- l' application d'une sphéroîdisation

- la coulée de la matière première caractérisé en ccee q quuee l laa f foonnttee ductile présente une résistance à la traction (Rm) supérieure ou égale à 700 MPa, uunnee limite d' élasticité supérieure ou égale à 532

MPa et un rapport limite d' élasticité (Rp 0, 2) sur résistance à la traction (Rm) minimum de 76% lors d'un essai de traction réalisé sur éprouvette prélevé dans un barreau de traction conformément à la norme EN 1563 de diamètre 25 mm et de longueur 200 mm, et en ce que la fonte ductile présente uunn allongement à la rupture supérieur ou égal à 8% .

Le procédé selon l' invention peut présenter les particularités suivantes :

- la matière première inoculée peut consister en 2, 8 à 4 , 5% en poids total de carbone, de 3 et 5% en poids total de silicium, de 0 , 1 et 0 , 8% en poids total de manganèse, moins de 0 , 01% en poids total de soufre, de 0, 001 à 0, 05% en poids total de phosphore, de 0, 1 et 1% en poids total de cuivre, moins de 0 , 1% en poids total de magnésium, du fer et des impuretés inévitables ;

- la sphéroidisation peut être réalisée jusqu' à obtenir une proportion de particules de graphite de forme VI supérieure à 90% ;

L' invention s' étend également à un procédé de fabrication d' une pièce moulée caractérisé en ce que la pièce moulée peut ne subir aucun traitement thermique.

La fonte ductile selon s ' invention peut trouver comme application la fabrication de capot d' isolateur électrique de ligne à haute tension ou pour la fabrication de pièces mécaniques moulées dans les domaines du transport , de l' extraction minière ou de la production d' énergie. Description sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et d' autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels :

[Fig. l] la figure 1 est une image de microstructure d'une fonte GS à matrice ferrito-perlitique selon l' invention avant attaque nital ;

[Fig. 2] la figure 2 est une image de microstructure d' une fonte GS à matrice ferrito-perlitique selon l' invention après attaque nital . Description des modes de réalisation Le développement des fontes ductiles à graphite sphéroîdal (ou GS) à matrice ferritique renforcée vient de l' objectif des industriels de réduire les variations de propriétés mécaniques et les coûts d'usinabilité de pièces .

Des fontes ductiles traditionnelles à matrice de micro- structure majoritairement perlitique connues présentent les propriétés mécaniques regroupées dans le tableau 1 suivant à partir d' essais selon EN-GJS-600-3 .

[Tableau 1] et ont dans leur composition en outre en plus du fer, une teneur en % de poids total selon le tableau 2. [Tableau 2] La nuance selon la présente invention permet d' obtenir en moyenne une résistance à la traction (Rm) supérieure ou égale à 700 MPa , uunnee limite d' élasticité (Rp 0, 2) supérieure ou égale à 532 MPa et un rapport limite d' élasticité (Rp 0, 2) sur résistance à la traction (Rm) minimum de 76% lors d' essais de traction réalisé sur éprouvette prélevé dans un barreau de traction conformément à la norme EN 1563 de diamètre 25 mm et de longueur 200 mm, comme cela est illustré dans le tableau 3 suivant,

[Tableau 3] et a dans sa composition en outre en plus du fer une teneur en % de poids total selon le tableau 4 :

[Tableau 4]

Cette nuance de fonte ductile révèle une microstructure de type ferrito-perlitique comme visible sur la figure 1 avant attaque métal lographique au nital et sur la figure 2 après attaque métal lographique au nital .

Pour préparer une fonte ductile selon l' invention pour la fabrication de pièces moulées un procédé comprend les étapes de préparation d'une matière première qui contient en outre du carbone, du silicium, du manganèse, du soufre, du phosphore, du cuivre, du magnésium et du fer, de fusion de la matière, d' inoculation de la matière première, d' application d'une sphéroidisation et d'une coulée de la matière inoculée de ssoorrttee q quuee la fonte ductile présente les caractéristiques mécaniques citées ci -dessus, soit une résistance à la traction (Rm) supérieure ou égale à 700 MPa, une limite d' élasticité supérieure ou égale à 532 MPa et un rapport limite d' élasticité (Rp 0, 2) sur résistance à la traction (Rm) minimum de 76% lors d'un essai de traction réalisé sur éprouvette prélevé dans un barreau de traction conformément à la norme BN 1563 de diamètre 25 mm et de longueur 200 mm, eett eenn ccee que llaa fonte présente un allongement à la rupture supérieur ou égal à 8% . Il est à noter qquuee les produits pour traitement de sphéroldisation ssoonntt cceeuuxx figurant aauuxx catalogues fournisseurs traditionnels, mais requièrent une attention particulière tant dans leurs compositions, que dans leurs granulométries afin d' obtenir des caractéristiques mécaniques Rm, Rp 0.2 et A citées ci-dessus . De plus, les teneurs en éléments aaccttiiffss,, tels que le magnésium, calcium, les terres rares, doivent être rigoureusement contrôlées . Tous les procédés d' introduction traditionnels pour la sphéroldisation (Tundish Cover,

Sandwich, InMold ~.) sont applicables au présent procédé,

Comme visible sur la figure 11,, la qualité de sphéroldisation est optimale lorsque la proportion de particules de graphite de forme VI est supérieure à 90% . La teneur en magnésium soit être également suffisante, mais inférieure à 0, 1%, pour garantir uunn caractère sphéroïdal des particules de graphite, dans toute la gamme d' épaisseur des pièces sans toutefois être excessive . II est à noter que les produits pour traitement d' inoculation sont également ceux figurant aux catalogues fournisseurs traditionnels, mais requièrent une attention particulière tant dans leurs compositions, que dans leurs granulométries afin d' obtenir des caractéristiques mécaniques Rm, Rp 0.2 et A citées ci-dessus . De plus, le choix du produit inoculant doit être adapté au produit de traitement de sphéroidisation. Notamment, le choix de

1 ' élément actif de l' inoculant (baryum, strontium, zirconium) doit être fait en fonction de la composition de l' alliage de sphéroidisation.

Les caractéristiques mécaniques de la fonte ductile selon l' invention s' obtiennent notamment avec une densité de sphéroïdes de graphite par unité de surface polie élevée, c ' est-à-dire supérieure à 1000/mm ³ de surface polie .

Le procédé concerne également la fabrication de pièce moulée, celle-ci ne subissant aucun traitement thermique. La fonte ductile selon l' invention trouve son application pour la fabrication de pièces mécaniques moulées, telle qu' un capot d' isolateur électrique de ligne à haute tension oouu pour la fabrication de pièces mécaniques moulées dans les domaines du transport, de l ' extraction minière ou de la production d' énergie.

Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée aauu mode de réalisation exposé plus haut, susceptible de subir des modifications sans pour autant sortir du cadre de l ' invention.