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Influence et rôle du silicium dans la fonte à  graphite sphéroà¯dale


par Yassir Ramdani
Université de Lorraine - Master SIMM option Métallurgie Avancée 2013
  

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Yassir RAMDANI

Tuteur : Fabien BRUNESEAUX

Rapport Bibliographique

Influence et Rôle du silicium dans la fonte à graphite

sphéroïdale

Stage de M2 SPM SIMM Effectué à Saint Gobain PAM 04 fev 2013 - 31 juil 2013

2

Table des matières

I. Rôle du Si dans la fonte 3

A. A la solidification 3

B. A la transformation à l'état solide. 3

II. Origine du Si dans la fonte 4

A. Résultant de la fonte des haut fourneau 4

B. Ajout de FeSi dans la fonte 5

III. Effets de l'ajout de FeSi dans la fonte 5

A. Aspect chimique de la réaction 5

B. Aspect thermique de la réaction 9

IV. Ajout combiné au magnésium 14

V. Inoculation de la fonte 16

A. Effet pré-conditionneur 16

B. La Pré-inoculation 16

C. Inoculation en poche 17

VI. Conclusion 17

3

I. Rôle du Si dans la fonte

Dans la fonte, le Si présente plusieurs

A. A la solidification

Figure 1 : Action du Si sur le diagramme Fe-C [1]

Le silicium va augmenter l'écart de température entre la transformation stable : L 4 graphite + austénite et la transformation métastable : L 4 austénite + carbures. Cette augmentation d'écart de température permet d'éviter la précipitation de fonte blanche au cas où la surfusion est un peu trop profonde.

De plus, il est possible de refroidir le métal plus vite car la plus grande différence de températures eutectiques, stable et métastable, permet un cinétique de refroidissement plus rapide.

B. A la transformation à l'état solide.

De plus, les équilibres de transformation se font à des taux de carbone plus bas qu'il s'agisse de la transformation eutectique qu'eutectoïde.

La perlite, alors formée, a une fraction de cémentite plus faible. Cette perlite est moins fragile et plus ductile que celle formée à partir d'une fonte sans silicium.

4

II. Origine du Si dans la fonte

A. Résultant de la fonte des haut fourneau

Les fontes sont composées principalement de 3 éléments :

? Fer

? Carbone ? Silicium

Ce sont les principaux constituants de cet alliage

La fonte est, à l'usine de Pont à Mousson, produite à partir de hauts fourneaux. Celle-ci est obtenue à partir d'une réaction de réduction de l'oxyde de fer a l'aide de CO issu de la combustion du Coke [2] :

3 Fe2O3 + CO 4 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + 4 CO 4 3Fe + 4 CO2

L'apport de carbone se fait au sein du haut fourneau, où la fonte liquide qui perle sur les charges solides dont du coke. Au contact de ce dernier la fonte absorbe du carbone jusqu'à saturation

Un premier apport en silicium se produit dans la zone de combustion du haut fourneau par la réduction de la silice en oxyde de silicium :

SiO2 + C 4 SiO + CO

Puis ce SiO gazeux va de nouveau réagir avec le coke plus haut dans le ventre du haut fourneau pour libérer du silicium monoatomique ainsi que du monoxyde de carbone :

SiO + C 4 Si + CO

Le silicium monoatomique et donc réactif va se lier à la fonte en train d'être produite et le CO va monter vers le gueulard afin de réduire de l'oxyde de fer. Le silicium apporté de cette manière ne représente guère plus de 10% du taux final de Si dans la fonte lorsqu'elle sera coulée.

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B. Ajout de FeSi dans la fonte

Pour faire monter le taux de silicium, on incorpore des ajouts tels que :

? Du ferro-Silicium d'une teneur de 45 à 95w% de Si

? Du carbure de Silicium SiC peut aussi être utilise. Ce qui permet, en plus de corriger en Si, de faire varier le taux de carbone.

Etant donné que Saint-Gobain PaM utilise du FeSi 75 pour corriger ses fontes. Nous nous intéresserons aux effets du FeSi sur la fonte lors de l'ajout de ce dernier ainsi que l'effet de certains éléments ou paramètres sur le taux de silicium dans la fonte.

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