Il existe 3 types de moulage d'acier au chrome :
- Les fontes blanches en nickel-chrome (Ni-Cr)
- Les fontes blanches au chrome-molybdène (Cr-Mo)
- Les fontes blanches à haute teneur en chrome (HCWCI)
Fontes blanches en nickel-chrome (Ni-Cr)
Les fers au nickel-chrome (Ni-Cr) contiennent du Ni et du Cr. Les fontes blanches Ni-Cr, qui sont en alliage à faible teneur en chrome, contiennent 3 à 5% en poids. % Ni et 1 - 4 wt. % Cr, avec une modification d'alliage qui contient 7 à 11% en poids. % Cr. Le nom commercial Ni-Hard types 1 - 4 les identifie normalement. Le chrome à des concentrations plus faibles (<2 - 3%), a peu ou pas d'effet sur la trempabilité, car la majeure partie du chrome est liée aux carbures.
Les fers blancs Ni-Cr sont également connus sous le nom de fontes blanches martensitiques et les fontes blanches martensitiques Ni-Cr sont consommées en grands tonnages dans les opérations minières, telles que les revêtements de broyeurs à boulets et les billes de broyage. Ni est le principal élément d'alliage car à des niveaux de 3.0 à 5.0%, il est efficace pour supprimer la transformation de la matrice austénitique en perlite, garantissant ainsi qu'une structure martensitique dure (contenant généralement des quantités importantes d'austénite conservée) se développera lors du refroidissement dans le moule. Cr est inclus dans ces alliages, à des niveaux de 1.4 à 4.0%, pour assurer que les fers solidifient les carbures (type M3C), c'est-à-dire pour contrer l'effet de graphitisation sur Ni.
Des structures résistantes à l'abrasion contenant des mélanges eutectiques d'austénite et de carbures peuvent être obtenues en sections minces et épaisses indépendamment de l'utilisation de refroidisseurs. Il est possible d'obtenir des traces de graphite dans des sections plus épaisses ou lorsque des niveaux plus élevés de carbone et de silicium sont employés. Sauf dans ces circonstances, la microstructure dominante du fer Ni-Hard est une microstructure composée d'une matrice ferreuse entourée de carbures de métaux durs.
La présence de 3 à 5 wt. Le% Ni permet à l'austénite eutectique d'atteindre la température de départ de la martensite (Ms) sans être gênée par la formation de perlite. Aucune transformation n'est parfaite et la microstructure en fonte Ni-Hard en fonte contiendra un mélange d'austénite et de martensite. Si la pièce moulée est d'épaisseur variable, les sections plus épaisses peuvent contenir des traces de perlite. A partir de cette discussion, il est évident qu'il est assez difficile de faire des prédictions sur les performances d'usure de la pièce moulée, qui sont basées sur la chimie initiale, avec peu ou pas de connaissances sur les dimensions ou l'histoire thermique.
Pour les applications nécessitant un haut degré de résistance, de dureté et de résistance à l'usure, les fontes Ni-Hard font partie des matériaux les plus efficaces disponibles. Les pièces moulées en fonte Ni-Hard se sont révélées exceptionnelles dans une variété d'applications sévères, y compris les cylindres de travail pour le fraisage d'acier à chaud. Les fontes à haute teneur en chrome et les alliages de type acier rapide sont également largement utilisés dans les aciéries, et le fer Ni-Hard est généralement utilisé dans les stands de finition. La composition optimale de l'alliage de fonte blanche Ni-Cr dépend des propriétés mécaniques requises pour les conditions de service ainsi que des dimensions et du poids de la pièce moulée. Les fontes blanches Ni-Cr se sont avérées être des matériaux très rentables qui sont utilisés pour le concassage et le meulage.
Les caractéristiques prédominantes des fers Ni-Hard sont que leur résistance et leur ténacité élevées peuvent être obtenues lors d'un traitement thermique à des températures relativement basses. Les basses températures pour le traitement thermique sont favorables pour les grandes pièces moulées qui ne conviennent pas au traitement thermique à des températures plus élevées et sont sujettes à la fissuration. De tous les fers résistants à l'abrasion, le Ni-Hard est produit dans le plus grand tonnage pour une variété d'industries de traitement des minéraux. Les faibles coûts de la fonte Ni-Hard sont dus à sa faible teneur en alliage, sa capacité à être moulée dans une variété de formes et sa dureté élevée à l'état de coulée. Sa dureté élevée est ce qui le distingue clairement des fontes perlitiques résistantes à l'abrasion. Une dureté élevée résulte de la formation de martensite par rapport à la perlite à l'état de coulée. Ce changement métallurgique est le résultat de la teneur élevée en Ni du fer Ni-Hard.
En Classe I Type A, les pièces moulées dans les applications nécessitent une résistance maximale à l'abrasion, telles que les tuyaux de cendres, les pompes à lisier, les têtes de rouleau, les pneus muller, les segments de concasseur à coke, les classificateurs, etc. Le type B est recommandé pour les applications nécessitant plus de résistance et exerçant des impacts modérés , tels que les plaques de broyeur, les concaves de broyeur et les chevilles de pulvérisation. La classe I Type D, Ni-Hard Type 4, a un niveau plus élevé de résistance et de ténacité et est donc utilisée pour les applications les plus sévères qui justifient ses coûts d'alliage supplémentaires. Il est couramment utilisé pour les pompes à volutes manipulant des boues abrasives et des segments de table de pulvérisation de charbon et des pneus.
L'alliage de Classe I Type C (Ni-Hard 3) est spécialement conçu pour la production de billes de broyage. Cette qualité est à la fois coulée au sable et coulée à froid, la coulée à froid a l'avantage d'un coût d'alliage inférieur, plus important, offre une amélioration de 15 à 30% pendant 8 heures à 260 à 315 ℃. Il existe deux types généraux contenant 4% Ni-2% Cr et 6% Ni-8% Cr. Les deux ont une structure de carbures de fer et de chrome dans une matrice de martensite et de bainite, mais les matériaux à plus forte teneur en alliage ont un type de carbure qui est discontinu et confère une plus grande résistance aux chocs et à la corrosion, c'est-à-dire du type de carbure M7C3. Ces fers peuvent être utilisés en fonte, mais le traitement thermique améliore la dureté et la résistance à la fissuration et à l'écaillage de la surface.
Fontes blanches au chrome-molybdène (Cr-Mo)
Ces fers sont destinés à une application de résistance à l'abrasion et les fers au chrome-molybdène (Cr-Mo) (classe II de la norme ASTM A532) contiennent 11 à 23% en poids. % Cr, jusqu'à 3 wt. % Mo et sont souvent alliés avec Ni ou Cu. Ils peuvent être fournis sous forme moulée avec une matrice austénitique ou austénitique-martensitique, ou traités thermiquement avec une microstructure à matrice martensitique pour une résistance à l'abrasion et une ténacité maximales. Ils sont généralement considérés comme les plus durs de tous les grades de fonte blanche. Par rapport aux fers blancs Ni-Cr en alliage inférieur, les carbures eutectiques sont plus durs et peuvent être traités thermiquement pour obtenir des pièces moulées de dureté plus élevée. Du Mo, ainsi que du Ni et du Cu si nécessaire, est ajouté pour éviter la perlite et pour assurer une dureté maximale.
Fontes blanches à haute teneur en chrome (HCWCI)
L'usure est un problème important rencontré dans de nombreuses industries, et le remplacement de pièces usées peut entraîner des coûts considérables résultant du coût des composants de remplacement, de la main-d'œuvre et de la perte de temps de production, et d'une productivité réduite des biens d'équipement. Pour minimiser ces coûts et les temps d'arrêt de l'équipement, des matériaux résistants à l'usure sont couramment utilisés dans un environnement à forte usure. Les alliages de fonte blanche à haute teneur en chrome (HCWCI) constituent l'un des groupes de matériaux les plus couramment utilisés pour la résistance à l'usure.
HCWCI subit plusieurs réactions de solidification et un certain nombre de différentes réactions de transformation à l'état solide lors du refroidissement à température ambiante, pendant le réchauffage à une température élevée en dessous des températures de solidus. Par conséquent, un certain nombre de phases différentes se forment dans l'HCWCI qui influencent les propriétés mécaniques et la durée de vie du matériau.
Les fers de cette rubrique ont la teneur en Cr la plus élevée de la famille des fontes blanches fortement alliées. Le Cr élevé confère à ces fers une bonne résistance à l'usure, à la corrosion, à la résistance aux chocs et à la trempabilité. La résistance à la corrosion et à l'usure abrasive, ainsi que l'usure à température élevée sont également remarquablement améliorées [16]. Les fers blancs à haute teneur en chrome de classe I et II sont supérieurs en termes de résistance à l'abrasion et sont utilisés efficacement dans les turbines et les volutes, les aubes et les chemises de turbine pour les équipements de sablage courts et les disques de raffinage dans les raffineurs de pâte.
