Brevet FR2050323A1 — publié le 19710402

I1 existe plusieurs possibilités pour la fabrication des pièces coulées- de dimensions relativement précises. On peut citer par exemple la coulee en coquilles le moulage au platre, le moulage en carapaceS le procédé au shaw s le procédé à la cire perdue, et la coulée sous pression. On sait aussi que le moulage de précision utilisé pour la coulée des métaux et alliages qui fondent à haute température est simple dans son principe et consiste en ce qu'un modèle confectionne avec un matériau fusible est recouvert d' une masse céramique. Après durcissement de cette masse et chauffage à une température déterminéeF le modèle et l'ensemble du dispositif de coulée fondent ou sont brûlés intégralement; On crée de la sorte dans le moule une empreinte qui représente un négatif du modèle et du canal de coulée Après cette fusion ou combustion le moule céramique est rempli de métal liquide.Enfin après le refroidissement il faut décocher la pièce et pour cela détruire le moule.} En variante du procédé à la cire perdue existe le procédé Mercast qui emploie un modèle en mercure solidifié qui fond après coulée du réfractaire, lorsque la température est de nouveau normale. Malheureusement dans ces deux procédés, il est nécessaire de préparer un nouveau modèle ou grappe de modèles pour chaque pièce coulée, ce qui implique que l'on doit disposer de modèles-mattres ou de matrices permettant la préparation des modèles en cire ou en mercure. Il faut de plus prendre beaucoup de précautions dans la préparation de chaque moule, qui doit btre traité très progressivement et en utilisant des installations conteuses. Enfin ces moules ne peuvent servir qu'une foiss Dans ces procédés de moulage, outre le sable et le réfractaire, il faut un liant adéquat pour obtenir une masse cohérente. Toutes sortes de liants ont été u-tilisés et on ne cite que l'argile, la bentonite, I'aluminate de calcium, les mélasses, les huiles et les résidus synthétiques, et en dernier ressort le silicate d'éthyle. Le succès ou.I1échec de toute méthode de moulage est avant tout fonction du liant employé, surtout du point de vue des éventuelles réactions chimiques qu'il est susceptible de faire avec la coulée du métal liquide. Ainsi le silicate d'éthyle est d'un em ploi délicat pour la coulée des alliages dgaluminium. De plus9 ses possibilités comme matière réfractaire sont limitées à des températures de l'ordre de 1700 C ce qui ne permet pas de couler tous les alliages tels que les allia ges de rhodium ou iridium ou les alliages de métaux nobles. D'autres liants connus sont les sels de zirconium susceptibles de se décomposer à la cuisson pour donner l'oxyde de zirconium plus connu sous le nom de zircone. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet. effet un moule pour la fonte de métaux, moule caractérisé par ce qu'il comporte au moins deux parties, lesquelles parties sont constituées d'un mélange d'un produit réfractaire et d'un liant connus dans des bacs d'acier, le modèle à fondre étant imprimé dans le mélange. Conformément à l'invention le présent moule permet de se passer des modèles en cire ou mercure et est constitu de deux ou plusieurs parties d'où le modèle peut être retiré. Mieux, il permet l'utilisation des techniques de moulage en coquille et donc de l'automatisation de la fonderie, On utilise de préférence comme liant le tétrachlorure de zirconium9 choisi en raison de son prix relativement faible qui en s'hydrolisant couvre chaque particule d'un film dthydroxyde adhésifs Cet hydroxyde gélatineux donne une grande plasticité au produit et permet ainsi de le mettre en forme facilement sur un modèle. La charge réfractaire utilisée peut être de la zircons commerciale pulvérisée et lavée dans une solution d'acide chlorhydrique diluéS pour la débarrasser de ses impuretés et en particulier du fer ou des oxydes de fer quelle est susceptible de contenir. On peut également utiliser d'autres charges que la zircone en tenant compte de leurs propriétés réfractaires De façon à éviter les transformations allotropiques inhérentes à la zircone produites par le liant, il faut ajouter d'autres oxydes tels que la magnésie ou la chaux en quantité convenable e La chaux en particulier exerce une influence favorable sur la formation de la structure cubique des distaux d'oxyde de zirconium et sa stabilisation. Une dose de 10 mole % de chaux suffit pour obtenir cette variété. Selon une variante de l'invention on pourra également utiliser un gel obtenu à partir de l'hydrolyse d'un alcoolate de zirconium. On pourra régler la vitesse de la réactionS et de ce fait , la fabrication même des moules, par l'introduction d'un accélérateur agissant par catalyse ( par acidification). Dans tous les cas la pater mélange de réfractaire et de liant, est coulée dans des bacs en acier de forme appropriée, puis, elle est séchée rapidement. Lorsque la pate a obtenu une consistance convenable pn imprime par compression la partie du modèle intéressant cette coquille, Puis cette partie du moule ainsi préparée est définitivement séchée a des températures supérieures à 1000C et enfin passée au four où elle est cuite à une température voisine de 140000. Cette partie de la coquille est alors prête a être utilisée. La forme et les dimensions des bacs en acier sont calculées de façon à tenir compte,d'une part, des dimen sions mêmes de la pièce à couler et, d'autre part, bu gradient de température existant entre le métal à couler et la paroi interne du bac. Pour isoler cette paroi, il est même nécessaire, dans certains cas, de former des couches d'isolant où de réfractai res, de natures différentes et stratifiées,servant d'isolant ou de calorifugeage. En second lieu, elles donnent une marge de résistance au choc thermique vis-à-vis de la très iégère dilatatison subséquente du moule due à l'application brutale de chaleur au moment de la coulée0 Par conséquent, les coquilles correctement formées sont pratiquement inertes aux chocs -thermiques. - Lorsqu 'on a réalisé llensemblè des coquilles correspondant au moulage d'un même modèle, on les assemble sur un chassies adapté au moulage en coquille9 les joints peuvent être pour ainsi dire situésen n'importe quel point autour du modèle, ce qui assure la plus grande facilité de séparation et d'assemblage subséquent, compte tenu de la présente d'évidements et autres irrégularités de sur face sur le modèle. Après avoir enduit les surfaces, destinées à être en contact avec le métal liquide, d'un poteyage double, blanc puis noir dont le rôle est'triple, puisqu'il protège la coquilles rb- gle le refroidissement et sert d'agent de démoulage, le métal ou l'alliage est coulé dans le moule ainsi formé soit par gravité ou par centrifugation9 soit par coulée sous pression à laide d'un piston réalisé avec une matière réfractaire analogue à celle du moule. Puisp après un temps de refroidissement qui est fonction de la nature de l'alliage de la pièce à obtenir et des éventuels traitements thermiques que celle-ci devra subir9 la pièce est démoulée. le moule peut alors resservir pour une nouvelle coulée effectuée dans les mêmes conditions. Généralement les premières pièces couléesprésentent quelques défauts qui disparaissent au cours des coulées suivantes. Le moule ainsi constitué peut servir environ 200 fois sans être détérioré9 même s'il est exercé une pression pour la coulée On voit donc que par ce procédé on peut traiter de petites ou moyennes séries difficilement réalisables par les autres procédés9 même pour les alliages à bas point de fusion. La haute tenue de ce réfractaire à la pression permet9 d'une part9 et sous réserve de posséder l'appareil lage adaptéS de faire des couléea sous pression à haute température d'autre pat, d'envisager la fabrication de coquilles pour la coulée continue des aciers. On sait, en effet, que la coulée continue est un procédé qui permet d'obtenir économiquement et en grande longueur des produits de profil constant. On utilise à cet effet une coquille- sans fond alimentée en métal liquide à une extrémité, cependant que le produit solidifié est extrait par ltextrémité opposée. Ces coulées continues ne sont1ictuelle' ment réalisées que pour les alliages tels que le bronze à bas point de fusion en raison de la mauvaise tenue des réfractaires utilisés aux hautes températures. L2invention ne se limite donc pas au moulage en coquille mais couvre également la réalisation de la coulée continue des aciers gracie à llutilisation de la zircons comme produit réfractaire permettant la fabrication de coquilles sans fond, maintenues à une température convenable par un refroidisseur périphérique à circulation d'eau. Dans tous les cas il faut ajouter qu'un haut degré de précision peut ttre obtenu en raison même de l'utiliK sation d'un coulis de réfractaire et du contact intime entre ce ré réfractaire et le modèle impliqué par le processus de fabrication des coquilles. Les modèles eux mamies peuvent être cons truits dans tous les matériaux appropriés susceptibles d'être cou pués, ciselés ou moulés pour donner le degré de précision et le fini superficiel requis dans la pièce finie, Il est en tout cas nécessaire de conférer au modèle le supplément de dimensions correspondant au retrait du métal coulé lors de sa solidification et du refroidissement.Ce coefficient de retrait est différent pour chaque métal ou alliage employé e Pour ce qui est de la coulée en coquilles 9 il est possible de maintenir des tolérances maxima de 09005 cm par cmo tolérances qui sont considérées comme étant satisfaisantes pour la plupart des petites pièces de précision dont des milliers ont été produites par le procédé de la cire perdue. Il convient de mentionner ici qu'il n' y a théoriquement pas de limite supérieure aux dimensions et au poids des pièces ainsi obtenues, bien que dans la majorité des cas on sera amené à exécuter des pièces qui, comme pour la coulée en coquilles ou la coulée à la cire perdue ngexcédent pas 100 à 150 kg Bien des applications du procédé décrit ci-dessus sont possibles en fonction d'une part des divers métaux ou alliages comme les fontes, les aciers alliés ou non les aciers à coupe rapide, ceux pour le travail à chaud, les aciers spéciaux, le nitraloY, l'invar, le cuivre et ses alliages le cuproberyllîum, le cuprosilicium, le cupronickel, le vanadium, l'inconel, le monel, le hastelloyS le thetalloy, le nickelberyllium, les alliages de cobalt comme la stellite, le vitallium, le tantung 6, le star-6-métal et tous les alliages d'aluminium de magnésium et de titane, et d'une façon générale avec tous les matériaux coulables, d'autre part dumode de coulée employé tel que la coulée en coquille, la coulée sous pressiom ou mssme la coulée continuer l'invention est décrite à titre non limitatif dans l'exemple ci-après Cet exemple concerne le mode de réalisa- tion de deux coquilles servant au moulage d'une pièce qui est un corps de vanne en fonte très classique9 La contre dépouille intérieure ne permet pas un moulage par élément métallique, on a donc recours à un noyau en sable agglomérée La pièce est moulée en deux chappes symétriques comportant les portées du noyau de sablez Ces portées figurent sur le modèle réalisé en bois, ciré avec de la cire d'abeille ainsi que les évents Les bacs susceptibles de contenir le réfractaire sont' réalisés très simplement en tôle d'acier de jauge 16. on prépare ensuite une solution à 4gr de chlorure de zirconium pour 100 cm3 d'eau. De la zircone finement pulvérisée puis lavée par une solution d'acide chlorhydrique à 10 % afin d'éliminer les impuretés est ensuite mélangée par brassage à la solution précédente. La pite ainsi obtenue est versée dans un récipient en plâtre. Ce dernier absorbe rapidement l'eau et après une minute environ la pate peut être versée dans les bacs qui sont remplis à ras bords. Après un temps de maturation de l'ordre d'une journée le modèle est imprimé par pression sur les coquilles nuis-celles- ci- sont définitivement séchées à 120C avant d'être cuites au four à des températures voisines de 1400 uC. Elles sont alors prêtes à l'emploi. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir dgautres modes et d'autres formes de réalisationD sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Moule pour la fonte de métaux9 moule caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux parties, lesquelles parties sont constituées d'un mélange d'un produit réfractaire et d'un liant connus, dans des bacs d'acier9 le modèle à fondre étant imprimé dans le mélange. 20) Moule conforme à la revendication 19 caractérisé en ce que le liant est un sel de zirconium. 30) Moule conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le produit réfractaire est de la zircone. 40) Procédé pour la fonte de métaux, caractérisé en ce que le moule utilisé est conforme à l'une quelcon que des revendications 1 à De 5 ) Les produits obtenus à l'aide du procédé conforme à la revendication 4e