Transcript Dégénérescence de graphite

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Description des défauts: Dégénérescence de graphite
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Description des défauts: Dégénérescence de graphite
Dégénérescence de graphite
Assistance à la décision ➝ P. 136
Contrôle du sable ➝ P. 178
Description
Informations complémentaires
Couche de graphite dégénéré à la surface de la fonte à graphite
sphéroïdal avec liseré en graphite lamellaire.
Des couches de graphite dégénéré apparaissent souvent à la surface des pièces en fonte à graphite sphéroïdal. Elles peuvent atteindre 1 mm et sont en général éliminées à l‘usinage.
Sur les parties non usinées demeurent cependant une couche
de graphite lamellaire pouvant présenter un inconvénient pour la
limite de fatigue des pièces (effet d‘entaille).
La plupart du temps, le défaut n‘est pas important sur les
pièces à parois épaisses. Ce défaut a été étudié par bon nombre
de chercheurs et d‘entreprises. Les causes sont devenues très claires. Le soufre du moule tient une place prépondérante dans
l‘apparition du défaut. Le soufre diffuse dans le métal liquide et
consomme par formation de sulfure de magnésium le matériau
nécessaire à la formation de graphite sphéroïdal (Mg ou Ce). La
quantité résiduelle de magnésium (< 0,015 %) à la surface ne
suffit plus à la formation de graphite sphéroïdal et pendant la solidification se forme une croûte de graphite lamellaire sur 0,2 à 1
mm d‘épaisseur. On parle dans ce cas de dégénérescence superficielle du graphite.
De grandes quantités d‘oxygène de l‘air peuvent également
amener une formation de MgO et empêcher la formation du graphite sphéroïdal. La teneur en soufre du sable de moulage a pour
origine principale le noir minéral ou les durcisseurs du procédé
boîte froide.
Formation du défaut
Sur les pièces en fonte GS peut apparaître un liseré en graphite lamellaire de 0,2 à 1 mm d‘épaisseur, suivant les dimensions de la
pièce, l‘épaisseur des parois et la vitesse de refroidissement.
Ce liseré se mélange lentement avec la structure de graphite
sphéroïdal. Le défaut peut apparaître pour tous les types de moulage et est avant tout dû à la teneur en soufre du moule et à
l‘oxygène disponible à la surface de ce dernier. Les parties du
moule éloignées des attaques sont les plus exposées au défaut.
La présence de ces lamelles de graphite formées à la surface peut
diminuer la limite de fatigue des pièces coulées.
Causes
Fig. 14:
Surface d‘une pièce en fonte GS avec une zone de 0,3 mm d‘épaisseur contenant du graphite lamellaire.
Agrandissement: 10 mm photo = 0,07 mm
Fig. 15:
Inclusion de crasse de forme linéaire sur une pièce en fonte GS. L‘inclusion de crasse est entourée d‘une couche de
graphite lamellaire. Agrandissement: 10 mm photo = 0,07 mm
Lors de la formation de cette couche de graphite dégénéré,
l‘oxygène du moule ou le soufre du sable de moulage réagissent
avec le magnésium, si bien que le magnésium résiduel n‘est plus
disponible pour la formation de sphéroïdes et il ne se forme alors
que des lamelles de graphite.
La consommation de magnésium à la surface du moule peut
être dûe à un excès d‘oxygène disponible (V-process, moulage en
carapace) ou de soufre provenant de l‘additif carboné ou des liants (par exemple bitume ou durcisseur dans le cas de procédé
boîte froide).
Le soufre peut diffuser dans le métal liquide avant le début de
la solidification, sans que de nouveaux éléments sphéroïdisant ne
diffusent vers la surface.
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Références
Bauer 1 a étudié les perturbations engendrées par ces produits sur
la formation de graphite sphéroïdal dans les moules à procédé
boîte froide. Il propose de diminuer les quantités d‘acide toluènesulfonique et éventuellement de le mélanger avec l‘acide phosphorique. Il recommande également d‘être attentif à la teneur en
soufre du sable et fixe les limites comme ci-après:
Epaisseur de paroi jusqu‘à 25 mm:
< 0,15 % de soufre dans le sable
Epaisseur de paroi superieure à 27 mm:
env. 0,07 % de soufre dans le sable.
Les enduits agissent favorablement. Ils doivent présenter une
densité élevée. Les enduits à base de CaO/MgO/talc sont particulièrement avantageux. Martin et Karsay 2 ont étudié la séparation localisée du graphite lamellaire par réaction entre la fonte
GS et quelques composés nocifs contenus dans les matériaux de
moulage. Ils ont également conclu que les enduits pouvaient éviter la dégénérescence.
Barton 3 lie la nature et la profondeur du graphite dégénéré au
le magnésium résiduel, à la coulabilité du métal, à la section et
au remplissage du moule. Il propose de limiter à 1 % la teneur en
soufre de l‘additif carboné.
Dans le sable de circuit, la teneur en soufre doit être inférieure
à 0,15 %. Une augmentation de la teneur en magnésium ne peut
à elle seule, compenser une teneur en soufre élevée.
Barnabe 4 indique une limite de la teneur en soufre du sable à
0,15 %. Il donne aussi la proportion de sulfure de manganèse
comme valeur limite.
Voroncov et ses collaborateurs 5 ont fait des recherches sur
l‘influence de la température de coulée. La dégénérescence du
graphite sphéroïdal est très diminuée à basse température
(1330 – 1360°C). Cependant des enduits à base de ferro-silicium ou d‘aluminium sont à recommander.
Dunks 6 rapports sur l‘influence des matériaux de moulage et
des enduits sur la structure du graphite de la fonte à graphite
sphéroidal. Les sables au silicate et les enduits au bismuth accélèrent le processus.
Golovan 7 indique que lors de la coulée de vilebrequins en moulage carapace la profondeur du défaut a une influence sur la limite de fatigue de la pièce. La vitesse de refroidissement, la température de coulée et la teneur en magnésium résiduel sont les
autres facteurs influençant l‘apparition du défaut. Il est évoqué
pour la première fois, que la zone dégénérée n‘était pas seulement due à l‘oxydation gazeuse mais aussi à la réduction du sable d‘après la formule:
1
2
Martin, F.; Karsay, S.L.
Lokale Lamellengraphitausscheidungen infolge einer Reaktion zwischen Gußeisen mit Kugelgraphit und einigen
Formstoffbestandteilen
Gießerei-Praxis 1981, P. 218 – 224
Gießerei 67, 1980, P. 506
3
Barton, R.
Anzahl und Verteilung der Sphärolithen – ihre Bedeutung
und Wirkung in Gußstücken aus Sphäroguß
Intern. Tagung der Lizenznehmer für das +GF+ -Konverterverfahren 1977, P. 8 & P. 9
4
Barnabe, M.
Elefantenhaut als Gußfehler bei GG und GGG
Fondeur aujourd `hui 1978, P. 10 – 12 (Frensh)
5
Voroncov, V.I.; Bespalov, N.S.; Michajlov, A.M.
Graphite degenerationen in Gußstücken aus GGG
Isvetija vyssich ucebnych zavedenij, cernaja metallurgija
1979, P. 119 – 123 (Russian)
SiO2 + 2 Mg ➝ Si + 2 MgO
Contrôle
Le contrôle des zones dégénérées avec les éprouvettes d‘essais
Y2 telles que celles utilisées par Bauer 1 et Berndt 6 s‘est avéré
avantageux.
Bauer, W.
Untersuchungen über die Störung der Kugelgraphitausbildung in der Randzone von GGG beim Gießen in mit paratoluolsulfonsäure-gehärteten Furansandformen
Gießerei-Praxis 1982, P. 175 – 183
6
Dunks, C.M.
Einfluß der Formstoffe und Formschlichten auf den Zerfall
des Kugelgraphits
Foundry Trade Journal 123, 1967, P. 3 – 6
7
Golovan, N.A.; Dudni, K.J.A.; Dubrov, V.V.
Bildung von Lamellengraphit in der Oberflächenzone von
Gußstücken aus GGG
Lit. proizv. 7, 1977, P. 35 – 36