Dans l'industrie de la fonderie, la qualité des agents cémentants affecte directement la qualité du fer fondu, les performances de coulée et le coût final. L’azote et le soufre sont deux éléments très critiques et leurs effets sont complexes et nécessitent un contrôle strict.
I. Les effets de l'azote (N) : une épée à double-tranchant
L'azote joue un double rôle dans le fer fondu et son impact dépend de la composition du fer fondu, de la vitesse de refroidissement et de la teneur finale en azote.
1. Effets positifs (Effets bénéfiques, dans des conditions modérées et contrôlées) :
• Renforcement de la ferrite : L'azote se dissout dans la ferrite, jouant un rôle dans le renforcement de la solution solide et augmentant légèrement la résistance de la fonte.
• Austénite stabilisante : Aide à stabiliser la structure de l'austénite.
• Favorisant la formation de carbure : Se combine avec certains éléments, il peut favoriser la formation de perlite, augmentant ainsi la résistance et la dureté.
• En tant qu'élément d'alliage : dans certaines fontes grises ou fontes ductiles de haute qualité, des quantités appropriées d'azote peuvent former de minuscules nitrures avec le magnésium, le calcium, etc., agissant comme noyaux pour la cristallisation du graphite, affinant le graphite, améliorant la morphologie du graphite et améliorant ainsi les propriétés mécaniques du matériau.
2. Effets négatifs (dangers, lorsque le contenu est trop élevé ou que les conditions sont défavorables) :
• Formation de pores d'azote (trous d'épingle) : C'est le danger le plus mortel de l'azote. Lorsque la teneur en azote dissous dans le fer fondu est trop élevée, la solubilité de l'azote diminue fortement pendant le processus de solidification de la pièce moulée. L'azote sursaturé précipite sous forme de bulles, formant des pores sous-cutanés ou des pores fins et dispersés. Ces pores altèrent gravement la densité, les propriétés mécaniques et la qualité de surface de la pièce moulée.
• Induction de graphite fracturé (déformation du graphite induite par l'azote-) : dans la fonte grise hypereutectique, une teneur excessivement élevée en azote entraîne une croissance anormale de flocons de graphite, formant des morphologies de graphite fracturées et pointues qui rompent gravement la matrice, réduisant considérablement la résistance et la ténacité de la pièce moulée, en particulier la ténacité aux chocs et la résistance à la fatigue.
• Fragilité accrue de la coulée : Des nitrures excessifs augmentent la fragilité du matériau.
Les agents cémentants sont l’une des principales sources d’azote du fer fondu. Surtout lors de l'utilisation d'une charge de four avec une proportion élevée de ferraille d'acier, la ferraille elle-même contient de l'azote, et si l'agent carburateur a une teneur élevée en azote (comme certains agents carburateurs de coke de pétrole), cela peut facilement conduire à une teneur totale excessive en azote dans le fer fondu.
II. L'influence du soufre (S) : de « nocif » à « utile »
L’influence du soufre diffère fondamentalement entre la fonte grise et la fonte ductile.
1. En fonte grise :
• Vue traditionnelle (nocive) : le soufre forme du sulfure de fer (FeS) à bas-point de fusion-, distribué aux joints de grains, augmentant la fragilité à chaud des pièces moulées, réduisant leur fluidité et favorisant le retrait. Il est généralement considéré comme un élément nocif et doit être contrôlé.
• Compréhension moderne (modérément bénéfique) : des quantités appropriées de soufre (généralement recommandées 0,06 %-0,12 %) peuvent se combiner avec du manganèse pour former des particules de sulfure de manganèse (MnS) à point de fusion élevé-. Ces particules peuvent agir comme noyaux pour la formation du graphite, favorisant la graphitisation, raffinant le graphite et améliorant ainsi la résistance et la dureté de la fonte grise. Par conséquent, dans les procédés de coulée modernes, une teneur en soufre plus faible n’est pas toujours préférable ; il doit plutôt être stabilisé dans une fourchette appropriée.
• Le rôle des agents cémentants : Si l'agent cémentant contient trop de soufre, cela provoquera des fluctuations drastiques de la teneur en soufre du fer en fusion, ce qui le rendra difficile à contrôler. Les agents de carburation stables à faible-soufre constituent la base de la production de fonte grise-de haute qualité.
2. En fonte ductile :
• Un élément très nocif : le soufre est « l'ennemi numéro un » de la fonte ductile. Le soufre a une très forte affinité pour les agents sphéroïdisants (tels que Mg, Ce, etc.) et réagira préférentiellement avec les agents sphéroïdisants pour former des sulfures (tels que MgS), consommant une grande quantité d'agents sphéroïdisants précieux et conduisant à une dégradation par sphéroïdisation.
• Dommages à la sphéroïdisation du graphite : après avoir consommé l'agent sphéroïdisant, le soufre résiduel interférera avec la croissance sphéroïdale du graphite, conduisant à une déformation sphéroïde du graphite, à une réduction du nombre de sphéroïdes de graphite et à l'apparition de graphite en paillettes, détériorant gravement les propriétés mécaniques.
• Risque d'inclusions : La formation accrue de scories sulfurées augmente le risque de défauts d'inclusion.
• Exigences strictes pour les carburateurs : par conséquent, la production de fonte ductile doit utiliser des carburateurs avec une teneur en soufre extrêmement faible (généralement S < 0,05 %, ceux de haute-qualité nécessitent < 0,02 %) pour réduire la teneur en soufre de la fonte brute et garantir l'effet de sphéroïdisation et la stabilité.
III. Recommandations pour les entreprises de fonderie :
1. Clarifier les besoins : Tout d’abord, déterminez s’il faut produire de la fonte grise ou de la fonte ductile, ainsi que la qualité cible.
2. Contrôlez strictement les matières premières : gérez les carburateurs comme des matériaux de traitement importants plutôt que comme des matériaux auxiliaires ordinaires. Établir des normes d’approvisionnement claires et strictes concernant leur teneur en azote et en soufre.
3. Donnez la priorité aux carburateurs de haute-qualité :
• Carburateurs graphités : fabriqués à partir d'électrodes ou de déchets de graphite, ils ont une teneur élevée en carbone, une teneur extrêmement faible en soufre et en azote et un taux d'absorption élevé, ce qui en fait le meilleur choix pour produire de la fonte de haute-qualité (en particulier la fonte ductile et la fonte grise de haute-qualité), mais ils sont plus chers.
• Carburateurs de coke de pétrole calciné à haute température : après une calcination approfondie, le soufre, l'azote et les matières volatiles sont considérablement réduits, ce qui offre une rentabilité élevée-et en fait un choix de milieu-à-haut de gamme-largement utilisé.
• Évitez d'utiliser : des recarburateurs à base de coke de pétrole ou de charbon non calcinés ou légèrement calcinés, car leur teneur élevée en soufre, en azote et en matières volatiles entraîne facilement des défauts de coulée.
Renforcez la surveillance des processus : effectuez régulièrement une analyse avant-four (par exemple, une analyse spectrale) sur le fer fondu pour surveiller les changements de teneur en azote et en soufre, permettant ainsi des ajustements de processus en temps opportun.
En résumé, l'azote et le soufre contenus dans les recarburateurs sont les principales variables déterminant la stabilité de la qualité de la coulée. En sélectionnant et en contrôlant scientifiquement la qualité des recarburateurs, des défauts majeurs tels que la porosité, les déformations du graphite et une mauvaise sphéroïdisation peuvent être efficacement évités, améliorant ainsi la qualité du moulage et l'efficacité de la production.
