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RÉSUMÉ
L'article présente l'ensemble des opérations métallurgiques qui permettent d'obtenir une fonte liquide utilisable pour la coulée des pièces en fonte, et les différentes opérations nécessaires à la préparation de l'alliage liquide, en quantité et en qualité, pour remplir les moules préparés sur les chantiers de moulage. Ces différents chantiers de moulage imposent des flux de production différents qui justifient l'utilisation de moyens de fusion différents. Le choix de ces moyens de fusion, l'optimisation des charges métalliques et des traitements de la fonte liquide conduisent à un coût minimal de l'élaboration du métal liquide. Les élaborations des fontes à graphite lamellaire, des fontes à graphite sphéroïdal sont décrites avec les contrôles d'atelier qui assure la qualité de ces matériaux.
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The article presents all the metallurgical operations by which liquid iron can be obtained for the casting of iron parts, and the different operations necessary for the preparation of liquid alloy, in quantity and quality, to fill the molds prepared on casting sites. These different casting sites require different workflows, which justify the use of different means of melting. The choice of these means of melting, optimization of metal loads and the treatment of liquid iron can minimize the cost of producing the liquid metal. The production of cast iron with lamellar graphite and spheroidal graphite are described along with the workshop inspections that ensure the quality of these materials.
Auteur(s)
-
Alex RÉMY : Ingénieur Arts et Métiers - Professeur - École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, Paris, France
INTRODUCTION
L’élaboration d’une fonte commence par le choix de la composition chimique de base. Cette composition impose les matières premières qui constituent les charges des moyens de fusion, les traitements de la fonte à l’état liquide, la détermination des pertes ou gain au feu. En règle générale, le cahier des charges de la pièce moulée à fournir est caractérisé par les propriétés mécaniques et physiques du matériau utilisé pour la fabriquer. Ces caractéristiques dépendent conjointement de la composition chimique finale et de la microstructure de la fonte. Cette microstructure est largement influencée par les vitesses de refroidissement pendant la solidification et à l’état solide, et par les traitements à l’état liquide du matériau. Il revient au fondeur de choisir la composition chimique de base initiale et les moyens de fusion à utiliser pour répondre au cahier des charges. Le choix des moyens de fusion utilisés est également fonction du flux d’alliage liquide à fournir au chantier de moulage et de sa flexibilité.
Certaines des caractéristiques imposées ne peuvent être obtenues qu’en utilisant des éléments d’alliage en teneur importante. Pour les fontes spéciales, les teneurs en éléments d’alliage sont encadrées par les normes ; dans les sabots de frein SNCF, par exemple, la teneur en phosphore est étroitement spécifiée pour la fonte à graphite lamellaire.
Les contrôles d’atelier sont mis en place pour prédire la microstructure et la composition de la fonte afin d’optimiser le coût de l’élaboration et d’intervenir par des traitements à l’état liquide de la fonte. Ces contrôles avant coulée permettent d’éviter les rebuts pour non-conformité de composition chimique ou de microstructure.
L’article présente l’ensemble des opérations métallurgiques qui permettent d’obtenir une fonte liquide utilisable pour la coulée des pièces en fonte, et les différentes opérations nécessaires à la préparation de l’alliage liquide, en quantité et en qualité, pour remplir les moules préparés sur les chantiers de moulage.
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Contrôles en atelier de l'élaboration des fontes
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2. Traitements de la fonte liquide
Les différentes opérations qui sont effectuées sur la fonte liquide en dehors du four de fusion ont pour but d’ajuster, pour des besoins précis, la composition chimique et les propriétés physico-chimiques du métal avant la coulée.
2.1 Ajustement de la composition chimique
Des corrections sont souvent nécessaires pour une élaboration au cubilot. En effet, la composition chimique de la fonte liquide obtenue par ce moyen de fusion est moins précise que celle de la fonte liquide obtenue par fusion électrique. Les teneurs en carbone et en soufre de la fonte élaborée au cubilot ont souvent besoin d’être ajustées. Les éléments d’alliage oxydables sont affectés par le passage dans les zones oxydantes et très chaudes que la fonte doit traverser dans le cubilot.
HAUT DE PAGE2.1.1 Additions non réactives dans le métal liquide en poche
Les produits ajoutés dans le bain en poche ou dans le chenal de coulée nécessitent une fonte parfaitement décrassée et une taille optimale du produit. Le rendement optimal de l’addition nécessite des dispositifs qui permettent l’immersion rapide du ferro-alliage ou métal pur dans la fonte liquide tels que :
-
les trémies et soles doseuses, distribuant le produit par vibrations avec, de préférence, chute libre donnant aux morceaux ou grains une vitesse de pénétration suffisante ;
-
les bassins intermédiaires avec orifice d’écoulement permettant l’absorption du produit ajouté par effet de vortex, dans la circulation du métal liquide ;
-
des dispositifs d'injection, de barbotage gazeux ou d'agitation mécanique, décrits au § 2.1.3.
L’addition s’accompagne généralement d’une baisse de température de la fonte. Pour les poches de quelques centaines de kilogrammes, la chute de température est de l’ordre de 20 à 50 °C par pour cent de produit ajouté. Dans le cas d’une mise à composition, il est important de ménager, si la température le permet, un délai...
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Traitements de la fonte liquide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LACOSTE (I.) - Bulletin trimestriel sur les matières premières en fonderie - Fonderie magazine n° 41, pp. 13-16 (janvier 2014).
-
(2) - HECHT (M.) - La ferraille d’acier et la fonderie de fonte - ETIF Paris (1991).
-
(3) - PARENT (S.), MARGERIE (J.C.) - Études des fontes hématites par un essai de seconde fusion - Fonderie n° 264, pp. 61-77 (février 1968).
-
(4) - SCIAMA (G.), ARLIGUIE (J.P.) - Exemple d’optimisation d’un lit de fusion - Fonderie, Fondeur d’aujourd’hui, n° 45, pp. 7-10 (1985).
-
(5) - SCIAMA (G.) - Les calculs de fusion par micro-ordinateur - Fonderie, Fondeur d’aujourd’hui, n° 102, pp. 14-23 (février 1990).
-
(6) - GODINOT (P.), LACOSTE (I.) - Évolution...
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Les matériels d'analyse thermique pour la fonderie sont commercialisés par :
-
Novacast avec le logiciel ATAS pour Adaptative Thermal Analysis System (dans lequel un système expert est utilisé pour interpréter les courbes). Novacast est un des précurseurs de l'analyse thermique ;
-
Foseco-Vesuvius et ProserviceSrl pour l'ITACA 8 (Thermal analysis Software) ;
-
Heraeus Electro-Nite avec le QuiK-Lab-E thermal analysis instrument et le godet QuiK-Cup ;
-
Azterlan qui a développé le logiciel Thermolan (pour la fonte et l'aluminium) ;
-
Northerm Instruments Ltd avec le DIGICARB 2D et 3.
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