Une teneur élevée en carbone fixe et une faible teneur en soufre, en azote et en cendres sont essentielles pour les agents de cémentation, car ces indicateurs influent directement sur l'efficacité de la cémentation, la qualité des pièces moulées et les coûts de production. Ils constituent les paramètres clés pour évaluer les performances des agents de cémentation. L'analyse détaillée est la suivante :
1. Forte teneur en carbone fixe : la pierre angulaire de l'efficacité de l'augmentation du carbone
Fonction principale : Le carbone fixe est le composant essentiel qui contribue réellement à l’augmentation de la teneur en carbone de l’additif. Sa teneur détermine directement l’efficacité de cette augmentation. Plus la teneur en carbone fixe est élevée, plus l’additif peut fournir d’éléments carbonés par unité de masse, et plus l’efficacité de l’ajout de carbone est grande.
Économie : Une teneur élevée en carbone fixe permet de réduire la quantité d’additif carboné utilisée et les coûts de production. Par exemple, si la teneur en carbone fixe passe de 90 % à 95 %, l’efficacité de la conversion du carbone peut augmenter de 10 % à 15 %, tout en limitant l’influence des impuretés telles que les cendres sur le processus de fusion.
Compatibilité des procédés : Dans la fusion au four à induction, les agents de cémentation à haute teneur en carbone fixe peuvent se dissoudre plus rapidement et se disperser uniformément, évitant ainsi les fluctuations des performances de coulée dues à une absorption inégale du carbone.
2. Faible teneur en cendres : réduit les interférences dues aux impuretés et améliore l’efficacité de la fusion
Risque lié aux cendres : Les cendres sont une impureté non carbonée présente dans les additifs carbonés (tels que les oxydes métalliques, les silicates, etc.). En cas de concentration trop élevée, elles forment une couche de résidus qui emprisonne les particules de carbone et entrave leur dissolution, réduisant ainsi considérablement le taux d’absorption du carbone. Par exemple, lorsque la teneur en cendres passe de 2 % à 5 %, le taux d’absorption du carbone peut chuter de 20 % à 30 %.
Contraintes de procédé : Une teneur élevée en cendres augmente la quantité de scories, prolonge le temps de nettoyage des scories et accroît la consommation d’énergie et la pénibilité du travail. Dans un four à induction à cuve de fusion, l’accumulation de cendres peut obstruer la cuve et réduire le rendement électrique.
Risque de qualité : les impuretés contenues dans les cendres peuvent s’infiltrer dans les pièces moulées, provoquant des défauts tels que la porosité et des cavités de retrait, ce qui peut affecter les propriétés mécaniques et la qualité de surface.
3. Faible teneur en soufre : évite les interférences de sphéroïdisation et assure les performances de la fonte.
Les dangers du soufre : Le soufre est un élément nocif pour la fonte ductile. Il peut perturber l’action des agents sphéroïdisants (tels que le magnésium et les terres rares), entraînant une déformation et une réduction du nombre de sphères de graphite, voire l’apparition de graphite lamellaire, ce qui diminue considérablement la résistance et la ténacité des pièces moulées.
Exigences du procédé : Lors de la production de fonte ductile, la teneur en soufre du fer en fusion initial doit être strictement contrôlée et ne doit pas dépasser 0,015 %. Par conséquent, la teneur en soufre de l’additif carboné doit être extrêmement faible (généralement ≤ 0,05 %) afin d’éviter tout risque d’ajout de soufre.
Exceptions à la fonte grise : La fonte grise nécessite une certaine teneur en soufre (0,06 % à 0,12 %) pour stabiliser la cémentite et empêcher l’expansion de la graphitisation. Toutefois, la teneur en soufre du carburant doit être contrôlée avec modération afin d’éviter une teneur excessive qui tendrait à produire de la fonte blanche.
4. Faible teneur en azote : prévient les défauts de porosité et optimise la structure métallographique
La dualité de l'azote : dans la fonte grise, l'azote stabilise la perlite et passive le graphite, améliorant ainsi les propriétés mécaniques (comme la résistance à la traction et la dureté). Cependant, lorsque la teneur en azote dépasse la concentration d'équilibre (environ 140 ppm), les pièces moulées sont sujettes à la formation de porosités d'azote, ce qui augmente le taux de rebut.
Contrôle du processus : La teneur en azote du carburateur utilisé pour la fonte grise est généralement contrôlée à 70-120 ppm, tandis que pour la fonte ductile, qui est plus sensible à la porosité, un carburateur avec une teneur en azote plus faible (telle que ≤200 ppm) doit être sélectionné.
Exigences d'application haut de gamme : Dans les pièces moulées de précision telles que les vilebrequins de moteurs, une teneur excessive en azote peut entraîner des propriétés mécaniques inférieures aux normes. Par conséquent, l'utilisation d'additifs carbonés à faible teneur en azote est essentielle.
Impact global : Garantie de fonderie efficace, de haute qualité et à faible coût
Augmentation du rendement en carbone à haut rendement : une teneur élevée en carbone fixe et une faible teneur en cendres assurent une dissolution et une absorption rapides du carbone, réduisant ainsi le temps de fusion.
Pièces moulées de haute qualité : les faibles teneurs en soufre et en azote préviennent les défauts de sphéroïdisation et de porosité, garantissant ainsi les propriétés mécaniques et la qualité de surface.
Maîtrise des coûts : En réduisant la quantité d’additif de carbone utilisé, en diminuant la consommation d’énergie et le taux de produits défectueux, le coût global de production a considérablement diminué.
Vérification d'instance
Additif de carbone graphite : teneur en carbone fixe ≥ 99 %, en cendres ≤ 0,5 %, en soufre ≤ 0,05 %, en azote ≤ 200 ppm. Convient à la fonte ductile et présente une efficacité d’ajout de carbone supérieure à 90 %.
Additif carboné à base d'anthracite calcinée : carbone fixe 90 % à 95 %, cendres 4 % à 5 %, soufre 0,3 % à 0,5 %, azote 800 % à 1 200 ppm. Convient à la fonte grise, mais le dosage doit être contrôlé afin d'éviter les excès de soufre et d'azote.
Date de publication : 25 août 2025