Enhancement of cast iron machinability by the optimization of the foundry process [SIC]

Étude du vieillissement des fontes à graphite lamellaire en vue de amélioration de leur usinabilité

Alexis Vaucheret (1)

1 LABOMAP - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés

Machining cast iron parts immediately after pouring them leads to problems due to having to stock them for several days before finishing operations. During this time, the raw parts are subjected to age strengthening which increases cast iron’s mechanical properties, particularly hardness and rigidity. First, the aim of this study was to observe cast iron age strengthening using several techniques of characterization developed in the laboratory such as special hardness and natural resonance frequency measurement. Then, the objective was to identify the parameters which control this phenomenon (in particular its length and amplitude) and their consequences. Casting trial parts representative of industrial parts was necessary in order to obtain special metallurgies (changing chemical compositions and cooling rates) while avoiding industrial-scale problems. This study allows one to see the influence of the chemical composition (nitrogen and titanium rate) and cooling rate on cast iron age strengthening. Moreover, it was possible to propose a specific model for the prediction of Renault cast iron age strengthening length and amplitude.

Les difficultés rencontrées lors de l’usinage des pièces en fonte à graphite lamellaire immédiatement après leur élaboration imposent de les stocker à l’état brut durant plusieurs jours avant les opérations de finition. Durant cette période, elles subissent un vieillissement qui se traduit en particulier par un renforcement de leurs caractéristiques mécaniques (dureté et rigidité). Le but de cette étude a été, dans un premier temps, de mettre clairement en évidence le vieillissement de la fonte en utilisant différentes techniques de caractérisation mises au point en laboratoire (mesures de dureté et de fréquences propres de vibration). Par la suite, l’objectif a été d’identifier les paramètres influençant le phénomène (en particulier sa durée et son amplitude) et leurs rôles respectifs. L’élaboration au laboratoire d’échantillons représentatifs des pièces industrielles a été nécessaire afin de permettre la réalisation de métallurgies spécifiques (en faisant varier les compositions et les durées de maintien en moule) en s’affranchissant des contraintes liées à la production en série. Ce travail a permis de mettre en évidence l’influence de la composition chimique (teneurs en azote et titane) et de la vitesse de refroidissement de la fonte sur le vieillissement. De plus, un modèle de prédiction de l’amplitude et de la durée du phénomène a été proposé pour une fonte répondant au cahier des charges du partenaire industriel de l’étude

Mots clés: cast iron; lamellar graphite; age strengthening; titanium; nitrogen; cooling

Mots clés: Fonte; graphite lamellaire; vieillissement; titane; azote; refroidissement

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]; Matériaux; Mécanique [physics.med-ph]

Alexis Vaucheret. Étude du vieillissement des fontes à graphite lamellaire en vue de amélioration de leur usinabilité. Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2018. Français. ⟨NNT : 2012ENAM0016⟩. ⟨tel-01924054⟩