[0001] La présente invention a pour objet un procédé de traitement intercritique de charges
en fonte.
[0002] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de traitement thermique de
charges en fonte, notamment mais non limitativement, en fonte sphéroïdale à teneur
en silicium de l'ordre de 1,5 à 4 %, dans lequel la charge de fonte est amenée à une
température correspondant à la zone du diagramme comprise entre les températures critiques
A1 et A3 associées à la composition de la fonte et maintenue à cette température pendant
une durée contrôlée, afin d'obtenir une proportion d'austénite prédéterminée.
[0003] L'évolution de certaines techniques impose de disposer de fontes ou plus généralement
de matériaux à hautes caractéristiques capables de résister aux sollicitations mécaniques
de plus en plus élevées.
[0004] C'est en particulier le cas dans le domaine de l'industrie automobile avec l'augmentation
des performances des moteurs de véhicules automobile qui entraîne elle-même l'élévation
du niveau des sollicitations des divers composants des organes mécaniques.
[0005] Actuellement, de nombreuses nuances de fonte sont disponibles pour ces applications
mécaniques. Elles représentent des gammes très diversifiées de caractéristiques adaptées
à divers types de sollicitations et elles constituent souvent des matériaux concurrents
d'autres matériaux et, en particulier, d'aciers à hautes performances pour la fabrication
d'organes extrêmement sollicités.
[0006] Cependant, pour certaines applications, les contraintes économiques lors de la concurrence
sont de plus en plus sévères et il est donc particulièrement intéressant de pouvoir
élargir la gamme de matériaux de construction qui puissent satisfaire aux conditions
très sévères d'utilisation et qui puissent offrir l'opportunité d'évolution réclamée
par les constructeurs.
[0007] Il s'avère que la réalisation de pièces en fonte à haute ténacité répondant à ces
besoins, c'est-à-dire présentant une résistance à la traction de l'ordre de 700 à
800 MPa et un allongement à la rupture de l'ordre de 10 à 20 %, nécessite la mise
en oeuvre d'un traitement intercritique du type défini ci-dessus.
[0008] Il va de soi que la réalisation d'autres pièces à partir d'autres types de fonte
peuvent faire appel, le cas échéant, à la mise en oeuvre d'un traitement intercritique
de ces pièces.
[0009] Comme on l'a déjà indiqué, ces procédés de traitement intercritique consistent de
façon connue à amener la charge à traiter à une température de traitement comprise
entre les températures critiques A1 et A3 correspondant à la composition de la fonte
dont est faite la charge, à maintenir cette charge à la température de traitement
pendant une durée prédéterminée, puis à refroidir la charge également dans des conditions
prédéterminées.
[0010] Cependant, on a observé que, pour une composition de fonte donnée, en raison des
conditions de montée en température de la charge, en raison des oscillations thermiques
du four autour de sa température de consigne et en raison des formes particulières
des pièces à traiter elles-mêmes, le taux d'austénite dans la fonte traitée et la
configuration de l'austénite dans la fonte, effectivement obtenus n'étaient pas conformes
de façon répétitive aux résultats qui auraient dû être obtenus à la température intercritique
choisie, les fluctuations par rapport aux résultats théoriques pouvant être importantes.
[0011] Pour remédier à ces inconvénients, un objet de la présente invention est de fournir
un procédé de traitement intercritique de charges de fonte, qui garantisse un bonne
reproductibilité des taux d'austénite obtenus dans les pièces de la charge, ainsi
qu'une répartition optimale des constituants de la fonte après traitement.
[0012] Pour atteindre ce but, selon l'invention, le procédé de traitement intercritique
à une température T d'austénisation d'une charge de fonte se caractérise en ce qu'il
comprend les étapes suivantes :
- on chauffe dans un four selon une courbe de température prédéterminée ladite charge
de telle manière que les courbes d'élévation de température des différentes parties
de la charge soient sensiblement similaires ;
- on détermine préalablement une température T' ≦ T de telle manière que lors du maintien
du four à la température T', chaque partie de la charge atteigne mais ne dépasse pas
la température T sensiblement à chaque instant de la période de maintien du four à
la température T' ;
- on arrête la montée en température lorsque la température du four atteint la valeur
T' ;
- on maintient le four à la température T' pendant une durée prédéterminée t ;
- puis on refroidit la charge.
[0013] On comprend que grâce au contrôle de la courbe de montée en température des différentes
parties de la charge, et grâce au contrôle de la température effective maximale des
différentes parties de la charge lors de la phase de maintien en température, cette
température restant au plus égale à la température choisie d'austénisation, on obtient
effectivement un taux d'austénisation et un configuration de l'austénite convenables.
[0014] On comprend également que T est la température maximale atteinte effectivement compte
tenu de la fin de montée en température et des fluctuations de température dues à
la régulation du four.
[0015] Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé, la montée en température de la
charge comprend les étapes suivantes :
- on amène ladite charge à une température sensiblement égale à la température critique
A1 selon une courbe de température prédéterminée ;
- puis on amène la charge à la température T' par paliers de températures successifs,
le pas des paliers P et la durée des paliers d étant prédéterminés.
[0016] De préférence la charge est initialement à une température voisine mais inférieure
à la température critique A1.
[0017] Grâce à ce mode particulier de montée en température de la charge on peut mieux respecter
la courbe de température prédéterminée dans la zone intercritique et mieux s'affranchir
des risques de fluctuations liés à l'inertie du four.
[0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture
de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés
à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur
lesquelles :
- la figure 1 illustre une courbe continue de montée en température de la charge ; et
- la figure 2 illustre une courbe par paliers de montée en température de la charge.
[0019] Comme on l'a déjà indiqué, pour obtenir une pièce en fonte présentant de façon homogène
des propriétés, notamment des propriétés mécaniques de ténacité, il est nécessaire
que la pièce en fonte traitée présente non seulement un taux d'austénite prédéterminé,
mais également une répartition optimale des constituants, notamment austénite et ferrite.
[0020] Pour cela, le procédé selon l'invention consiste essentiellement à contrôler, pour
chaque partie de la pièce, sa température durant la phase de montée en température
selon une courbe prédéterminée qui est fonction du taux d'austénite visé, puis à maintenir
pendant un temps
t, fonction également du taux d'austénite visé, la charge traitée à une température
qui atteint mais qui ne dépasse à aucun moment la température prédéfinie d'austénisation
T dans le domaine intercritique entre les températures A1 et A3.
[0021] La figure 1 montre une première forme de courbe de montée en température.
[0022] Cette courbe comprend une première partie A de montée en température, une deuxième
partie de maintien à la température intercritique prédéterminée T et une troisième
partie de refroidissement.
[0023] Comme on l'a déjà indiqué la portion de courbe A est prédéterminée et contrôlée en
fonction du taux d'austénite recherché. Durant la phase B qui dure
t (dépendant du taux d'austénite), la charge de fonte doit être maintenue à une température
strictement inférieure ou égale à T, mais elle doit atteindre la température T. Cette
condition doit notamment être respectée à la fin de la montée en température du four.
Pour satisfaire à cette condition, malgré les oscillations de température liées à
la régulation du four, on détermine expérimentalement par des essais préalables une
température T' de régulation du four qui est bien sûr inférieure à T.
[0024] Lorsqu'on parle d'une température de la charge, il faut entendre que les différentes
parties du four sont à des températures T'i différentes définies de telle manière
que les parties critiques des pièces formant la charge placée dans le four soient
effectivement à la température T'. L'écart entre les températures T et T' peut varier
sensiblement en fonction de la capacité nominale du four, de son taux de remplissage
et du système de régulation utilisé.
[0025] A titre d'exemple on a fait subir à une charge de fonte sphéroïdale de 2 tonnes le
cycle thermique suivant :
- Température d'austénisation dans l'intervalle critique T = 820°C
- Température de consigne T' =818°C
- Montée en température continue entre la température ambiante et 818 °C : 10 heures
- Maintien du four à 818 °C : 2 heures
- Refroidissement en fonction des caractéristiques recherchées.
[0026] La figure 2 montre une deuxième courbe de montée en température contrôlée. La phase
A se décompose en une première demi-phase A' dans laquelle la courbe est continue
et prédéterminée jusqu'à ce que la charge atteigne en tout point la température critique
A1, et en une deuxième demi-phase A". Durant la deuxième demi-phase la température
est augmentée par paliers, le pas p et la durée de chaque palier d sont déterminés
en fonction du taux d'austénite voulu jusqu'à ce que le four atteigne la température
T' inférieure à la température T pour les raisons indiquées précédemment.
[0027] A titre d'exemple on a fait subir à une charge de fonte sphéroïdale de 2 tonnes le
cycle thermique suivant :
- Température d'austénisation dans l'intervalle critique T = 820°C
- Température de consigne du four T' =818°C
- Montée en température entre la température ambiante et 778°C : 8 heures
- Maintien à 778°C pendant 1 heure
- Montée entre 778 et 798°C : durée 1 heure
- Maintien à 798°C pendant 1 heure
- Montée entre 798°C et 818°C : durée 1 heure
- Maintien à 818°C : durée 1 heure
- Refroidissement en fonction des caractéristiques recherchées.
[0028] La montée de température par paliers dans la zone A" permet de mieux contrôler la
courbe de montée en température et notamment sa vitesse lorsque la température arrive
dans la zone intercritique. Ce contrôle est particulièrement important pour obtenir
le taux d'austénite et la composition austénite-ferrite souhaitée.
[0029] Dans un exemple particulier de traitement réalisé selon l'invention, des jets de
différents diamètres (25, 39 et 58 mm) coulés avec trois fontes bien adaptées au traitement
intercritique ont été austénitisés à deux niveaux de température dans l'intervalle
critique (805°C et 820°C) en respectant la procédure décrite ci-dessus et en particulier
en appliquant une mise en température par paliers. Ces jets ont ensuite été refroidis
à l'air soufflé. Les résultats montrent que, pour chaque type de fonte, les écarts
obtenus entre les résultats relatifs aux différents diamètres sont très faibles.
1. Procédé de traitement intercritique à une température T d'austénisation d'une charge
de fonte, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on chauffe dans un four, selon une courbe de température prédéterminée, ladite charge
de telle manière que les courbes d'élévation de température des différentes parties
de la charge soient sensiblement similaires ;
- on détermine préalablement une température T' ≦ T de telle manière que lors du maintien
du four à la température T', chaque partie de la charge atteigne mais ne dépasse pas
la température T sensiblement à chaque instant de la période de maintien du four à
la température T' ;
- on arrête la montée en température lorsque la température du four atteint la valeur
T' ;
- on maintient le four à la température T' pendant une durée prédéterminée t ;
- puis on refroidit la charge.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la montée en température de
la charge comprend les étapes suivantes :
- on amène ladite charge à une température voisine de la température critique A1 selon
une courbe de température prédéterminée ;
- puis on amène la charge à la température T' par paliers de températures successifs,
le pas des paliers P et la durée d des paliers d étant prédéterminés.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on amène initialement la charge
à une température voisine de la température critique A1 mais inférieure à celle-ci.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la
durée t du maintien à la température T' est une fonction de la courbe de montée en température
de ladite charge.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on détermine
plusieurs températures T'i pour différentes parties du four, de telle manière que
les différentes parties de la charge restent effectivement à une température au plus
égale à T durant la totalité de la durée du traitement.