Brevet FR2137836A1 — publié le 19721229

L'invention concerne des éléments de moule faciles à éliminer, en particulier des noyaux en carbone poreux à usages de fonderie, ainsi que des procédés pour la fabrication de ces éléments de moule et pour la fabrication de pièces de fonderie avec utilisation de ceux-ci. Les conditions que doivent remplir les noyaux de fonderie sont d'une part une possibilité de fabrication simple autant que possible par des ouvriers à formation accélérée, d'autre part en particulier une résistance mécanique suffisante, une exactitude suffisante de dimensions, une résistance chimique et physique sufflsa.nte sous l'influence de la chaleur de coulée, une destruction facile et la possibilité d'éliminer aussi complètement que possible la matière du noyau, ainsi que l'innocuité des résidus qui restent éventuellement dans la pièce de fonderie. I1 est vrai que Si l'on emploie des liants appropriés, les noyaux de sable classiques permettent de fabriQuer même des noyaux compliqués, mais leur inconvénient est que lors de la coulée ils dégagent une plus ou moins grande quantité de gaz, de sorte qu'il faut assurer une évacuation suffisante du gaz. En outre, on éprouve des difficultés notables à éliminer les résidus de hoyaux de sables des cavités étroites. I1 est vrai que l'on peut éliminer de la pièce de fonderie par dissolution à l'eau les noyaux que l'on fabrique par compression et frittage de sel, mais l'élimination intégrale est difficile et les résidus de sel peuvent entraîner une corrosion. La fabrication de noyaux de sel par pressage et frittage nécessite des dispositifs comateux. En outre les noyaux de sel sont hygroscopiques et sensibles au choc thermique. Ils ont un coefficient de dilatation thermique relativement élevé. I1 risque de se produire une formation de vapeur d'eau et une rupture lors de la coulée. On connaît aussi des noyaux en mousse de matière synthétique protégée par une couche calorifuge contre la combustion ou la volatilisation lors du contact avec le métal liquide. Pour former cette couche isolante, on applique le plus souvent des dispersions aqueuses de matières réfractaires et on les sèche ensuite. En cas de séchage poussé, la mousse risque de se ramollir ou de se volatiliser et eh cas de séchage insuffisant, il risque de se former de la vapeur d'eau lors de la coulée. En outre, la couche isolante ne protège le noyau contre la destruction par la chaleur de coulée que pendant très peu de temps. On éprouve aussi de grandes difficultés à éliminer complètement la couche isolante de la pièce de fonderie. Les noyaux de coke fin avec liant de résine synthétique ont à peu près les memes inconvénients que les noyaux de sable. Une difficulté supplémentaire est que la conductivité thermique de ces noyaux est plus grande que celle des noyaux de sable de sorte qu'il se produit très rapidement un dégagement de gaz dans toute la section du noyau. Les noyaux de coke fin sont difficiles à brûler étant donné leur densité élevée d'environ 1,4 et leur difficulté d'allumage, et c'est presque impossible pour les noyaux longs. Pour diminuer le dégagement de gaz par décomposition du liant, on a fabriqué des noyaux formés de coke et d'un liant organique que l'on soumet après le formage du noyau à un processus de carbonisation pour cokéfier le liant. Par suite, la fabrication de ces noyaux devient coûteuse. En outre, on ne peut pas éviter les écarts de dimension dûs à la deuxième cokéfaction. Par suite du volume de pores qui est d'environ 30%, il est difficile de brûler complètement le noyau. Par le Dos 1.571.520 on connaît des noyaux formés principalement de substance fibreuse organique cokéfiée et que l'on lie au moyen de résine synthétique pour le formage. Après le formage, on cokéfie le liant et on renforce mécaniquement l'os- sature de carbone ainsi formée en y déposant du carbone pyrolytique. Ici, on obtient les mêmes inconvénients qu'avec les noyaux de coke fin et avec une carbonisation du liant après coup. La densité des noyaux de ce genre est de 0,45 à 0,71 d'après le texte cité de sorte que le volume de pores est de 50 à 60 % au maximum, ce qui entraine des difficultés dans la combustion des noyaux. Iei encore, l'exactitude de dimension souffre du retrait inévitable lors de la deuxième carbonisation. L'invention évite les inconvénients ci-dessus, dans les éléments de moule et en particulier les noyaux en carbone poreux, grâce au fait que les noyaux sont formés d'un carbone poreux ayant un volume de pores supérieur à 80fui. Dans un mode d'exécution préférentiel de l'invention, cette-matière de noyau est formée de mousse de matière synthétique carbonisée. Antérieurement, l'utilisation de matière de noyau facilement destructible formée de carbone était limitée par le fait qu'en pratique on ne jugeait pas possible d'augmenter le volume de pores au delà de 30 à 52% car on pensait qu'avec un plus grand volute de pores, la résistance mécanique de la matière formée d'une substance de base granuleuse ou fibreuse et d'un liant diminuerait trop et parce que l'on craignait aussi que la dilatation thermique des gaz inclus dans un grand volume de pores ne conduise lors de la coulée à un gonflement considérable des noyaux.Pourtant, de façon surprenante, il est apparu que ces difficultés ne se produisent pas en fait avec des noyaux en carbone poreux ayant me'me un volume de pores très supérieur à 80% par exemple de 95 à 97%, tandis que d'autre part la fabrication de ces noyaux ainsi que leur élimination complète par combustion sont notablement facilitées et ameliorées. En outre, la carbonisation des liants après coup est supprimée. On obtient par exemple des résultats excellents lorsqu'on coule des alliages d'aluminum avec des noyaux qui sont formés d'un. carbone légèrement spongieux que l'on a fabriqué en carboni sant de façon réglée une mousse de matière synthétique et qui présente un volume de pores de 95 à 97 et une densité de 0,055 à 0,065 seulement. Une telle matière a une résistance à la compression de 4,8 kg/cm2, une résistance à la flexion de 3,2 kg/cm2, une conductivité thermique de 0,04 kcal/mhoC et un coefficient de dilatation thermique d'environ 2,5 . 6/oC i Le carbone contenu dans la matière poreuse de noyau peut dtre partiellement ou meme totalement sous forme de graphite finement broyé, les particules de graphite pouvant être reliées par des porta de carbone obtenus par cokéfaction de subtance organique. Pour fabriquer les noyaux des éléments de moule, on peut commencer par cokéfier la substance organique et ensuite fabriquer leg noyaux ou éléments de moule à partir de la masse cokéfiée. La bonne usinabilité mécanique du carbone poreux permet de confec tionner des noyaux au moyen d'appareils d'usinage simples. Mais on peut aussi commencer par former les noyaux ou éléments de moule avec la substance organique telle qu'elle et la cokéfier ensuite. Bien que les noyaux et éléments de moule à pores fine en carbone aient une surface poreuse, il est apparu de façon surprenante que le métal liquide ne pénètre pas dans les pores fins lors de la coulée. Au coutraire, les cavités formées par les noyaux et éléments de moule présentent une surface intérieure extrêmement lisse. Cela est dû visiblement à une coopération avan tapeuse entre la tension superficielle du métal de coulée et la pression de gaz dans le noyau poreux de carbone. Par suite de la faible conductivité thermique du carbone poreux, le chauffage du noyau pendant le processus de coulée reste limité à ses couches marginales extrêmes. La surpression de gas Q apparat ainsi dans le volume de pores contrarie bien la pénétration du métal de coulée dans les pores mais elle n'atteint pas une grandeur telle qutil puisse se former des soufflures dans la pièce de coulée. Etant donné que le carbone poreux n'est ni hygroscopique ni sensible au choc thermique, on peut insérer sans préchauffage dans le moule de coulée des noyaux de cette matière et les noyr dans la coulée. Un fait qui est apparu avantageux pour le dSroulement de la fabrication est que les noyaux en carbone poreux sont peu sensible aux chocs en comparaison de noyaux de sel. Bsentuel lement , les noyaux et éléments de moule en carbone poreux, en particulier leurs portions de surface qui n'entrent pas en contact avec le métal de coulée, peuvent Qtre recourerte par un enduit, par exemple un mélange de poudre de graphite et de kaolin ce qui empêche l'oxydation par l'action prolongée de ltox ne atmosphérique chaud. Il faut souligner en outre la grande résistance des noyau et éléments de moule contitués selon l'invention au contact du métal de coulée1 en particulier de aétaux légers liquides comme les alliages d'aluminium, car il ne se produit pas de réaction entre le carbone et l'aluminium. Il est donc possible de ramener la charge de métal les rebuts de fonderie inévitables sans éliminer au préalable la matière de noyau, car lors de la fusion les noyaux ou éléments de moule formés de carbone flottent et brillent sans influence nuisible sur lue bain. Egalement en ce qui concerne la facilité de destruction et d'élimination, les noyaux selon l'invention sont supérieurs aux noyaux connus formés de sel ou de mélange de sel. Après la coulée, on peut éliminer par combustion les noyaux ou éléments de ioule de la pièce moulée, par exemple en utilisant des lances à oxygne de forme appropriée. On peut aussi effectuer au moins partiellement l'élimination des noyaux après la coulée par une action mécanique, ear s'il est vrai que le carbone très poreux présente une résistance suffisante lorsqu'on coule le métal, il peut facilement outre écrasé par une action mécanique pronon ede, étant donné le grand volume de pores. Dans bien des cas, étant donné le poids extrêmement faible de la masse dé noyaux formée de carbone très poreux, il est possible de laisser le noyau dans la pièce moulée, soit qu'il serve seulement à diminuer le poids de celle-ci en diminuant l'épaisseur des parois, soit qutil y ait lieu de tirer parti de son excellent pouvoir calorifuge. Comme exemple de la diminution de poids, on citera lee boules creuses flottantes d'aluminium destinées à la pêche et coulées au moyen d'un noyau en carbone trbs poreux. Un calorifugeage local peut servir par exemple dans les pièces de fonderie destinées aux moteurs à combustion interne. Le risque de l'absorption d'humidité atmosphérique est exclu dans le cas des noyaux et éléments de moule en carbone poreux, meme en cas de stockage prolongé. La faible densité de la matière de moulage permet d'empiler de grandes quantités de noyaux on d'éléments de moule sans que ceux-ci soient endommagés ou meAme détruits par le poids des éléments empilés. Etant donné la faible densité, la fixation des noyaux ou éléments de moule dans le moule peut se limiter à empêcher ceux-ci de flotter dans le métal de coulée. Les avantages de l'invention se font sentir particulière- ment dans la fabrication de pièces moulées en métal léger. Toutefois, l'application des nouveaux noyaux et éléments de moule n'est aucunement limitée à la fabrication de pièces de fonderie en métal léger. Des exemples des noyaux nouveaux sont représentés par les dessins sur lesquels la figure 1 montre un noyau annulaire en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2 ; la figure 2 est un plan du noyau annulaire de la figure 1 la figure 3 montre une boule d'aluminium creuse, en vue à moitié crevée la figure 4 montre la disposition d'un noyau selon l'invention dans un moule de coulée divisé. Le noyau annulaire 1 représenté par les figures 1 et 2 peut servir par exemple à former dans les pistons en métal léger un conduit annulaire de refroidissement situé dans la tête. Dans la boule moulée creuse d'aluminium représentée par la figure 3, on a laissé dans la pièce de fonderie le noyau spéri- que 2 formé de matière synthétique très poreuse parce que le poids de la boule n'èst accru que de façon très négligeable par le noyau. Des boules de ce genre servent par exemple dans les pêcheries pour supporter des filets. On a désigné par 4 la masselotte de la boule creuse, par laquelle on introduit aussi le support du noyau. Sur la figure 4, on a représenté en coupe verticale un moule de coulée divisé formé des moitiés 5 et 6. Le noyau 7 formé de carbone poreux est maintenu dans la position correcte par les pointes 8 et 9 fixées dans la moitié supérieure de moule 6. Après solidification de la pièce de fonderie, les ouvertures formées dans la pièce par les supports de noyau 8 et 9 servent à introduire la flamme de chalumeau pour détruire la matière du noyau. REVENDICATIONS 1) Eléments de moule-faciles à éliminer, en particulier noyaux en carbone poreux à usages de fonderie, caractérisés par le fait qu'ils sont formées de carbone poreux ayant un volume de pores supérieur à 80%. 2) Eléments selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'ils sont formés de mousse de matière synthétique carbonisée. 3) Procédé de fabrication d'éléments selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'on cokéfie de la substance organique sous forme de bloc et que l'on forme les. noyaux b partir de la masse cokéfiée. 4) Procédé de fabrication de pièces de fonderie avec utilisition de noyaux selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qutaprès la coulée on élimine les noyaux de la matière coulée en les brûlant, de préférence avec injection d'oxygEne.