Brevet FR2123281A1 — publié le 19720908

la présente invention est relative à un procédé de fabrication de pièces coulées avec isolation calorifuge0 On dispose de divers procédés classiques pour améliorer les caractéristiques d'isolation calorifuge des pièces coulées tubulaires, en particulier de tuyauteries d'échappement de moteurs à combustion interne, tels que le procédé consistant à employer un matériau moins bon conducteur de la chialeur, le procédé adoptant une double structure du tube, le procédé par lequel on entoure le tube d'isolants calorifuges et le procédé disposant ces isolants à l'intérieur du tube Tous ces procédés présentent cependant respectivement les inconvénients suivants :Dans le procédé employant un matériau moins bon conducteur de la chaleur, on se sert d'une matière non métallique, mais une telle matière manque des carac teristiques mécaniques souhaitables, en particulier de ténacité les matériaux de ce genre doivent donc entre évités là où se produisent de fortes vibrations, ou des contraintes de choc, Dans le cas de la construction d'un tube à double structure, on peut fabriquer un tube de profil simple,. mais il est difficile,sinon impossible, d'en réaliser un de profil complexe Quant à la fabrication d'un tube enveloppé extérieurement d'isolants calorifuges, le procédé peut entre applicable, mais la durée de service du tube coulé et des isolant-s extérieurs ne sera pas longueOQuand l'isolant calorifuge est prévu à l'intérieur du tube, le résultat obtenu est bon si le tube est droit, sans courbures, mais ce ntest pas le cas si le tube est cintré ou présente un profil relativement compliqué, De plus, l'intervalle existant entre l'isolant calorifuge et le tube venu de fonderie affaiblit l'ensemble quand il est soumis à des chocs, En conséquence, un objet de la présente invention consiste à présenter un procédé évitant les inconvénients précités et produisant, facilement et effectivement, des pièces coulées avec isolation calorifuge, qui foctionnent de manière entièrement satisfai santé. La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces venant de fonderie, avec isolation caîorifuge,caractérîse par le découpage préliminaire aux dimensions spécifiées d'un élément tubulaire de matière d'isolation calorifuge, par la mise en place, en position prédéterminée, de cet élément dans un moule de fonderie et par l'opération suivante, consistant à verser dans le moule un métal fondu qui enveloppe alors ltélément.Dans la fabrication de pièces coulées avec isolation calorifuge, de profil complexe, à paroi mince, ou de pièces devant résister à la rupture m8me s' il existe une différence entre les coefficients de dilatation à haute température, on fixe un petit morceau de matière réfractaire au centre du moule et le métal fondu vient envelopper cette matière réfractaire0 les caractéristiques originales et les avantages de la présente invention s'ajoutant à ceux déjà mentionnés apparaîtront aux spécialistes à la lecture de la description détaillée qui va suivre en référence au dessin joint, sur lequel :: La Fig,l est la vue de profil en coupe d'un élément tubulaire isolant calorifuge La Fig.2 est la vue de face, correspondante, du même élément; La Figo 3 est la vue en coupe longitudinale d'une pièce coulée caloriguge obtenue en enveloppant un élément tubulaire isolant calorifuge d'un métal fondu, conformément à la présente invention;; La Figo 4 est une vue perspective d'une petite pièce isolante calo-ifuge a Figv 4A est une vue en coupe transversale suivant l'axe A-A de la Figo 4 La Fig, B est une vue en coupe transversale suivant l'axe B-B de la Fig0 4 La Frigo 5 est la vue en coupe longitudinale d'une pièce tubulaire coulée, calorif-lgée, coudée à angle aigl, présentant des pièces calorifuges avec un noyau, telles qu'obtenues conformément à la présente invention et la Fig, 6 est la vue en coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation de l'invention, soit une pièce tubulaire à paroi mince coulée avec un noyau, La présente invention, consistant à couper aux dimensions spécifiées un élément tubulaire préparé de matière isolante calorifuge, puis à disposer cet élément, en bonne position, dans un moule de fonderie et enfin à couler dans le moule un métal fondu, qui enveloppe l'élément isolant, a pour objet essentiel de présenter un procédé de fabrication de pièces coulées très calorifugées,de quelque profil, simple ou complexe, que ce soit, relativement faciles à travailler et d'excellentes durée et caractéristiques mécaniques. Dans ce procédé, on peut remplir, selon besoin, le cavité existant dans l'élément d'isolation calorifuge de sables siliceux mélangés à un liant, composé de silicate de potasse ou de soude, de résine phénolique, etc., de manière à éviter l'écrasement de l'é lément sous la pression du métal fondu, Suivant la présente invention, on prépare un noyau (non représenté) aux dimensions spécifiées A l'aide de ce noyau, on forme un élément tubulaire 1 avec une solution aqueuse de verre quartzeux, ou un mélange de bioxyde de silicium et de ciment d'alumine ou d 'alumine On dispose ensuite cet élément tubulaire I dans une position p-rédéter-m:inée à l'intérieur d'un moule de fonderie (non représenté) et on enveloppe l'élément l en versant du métal fondu dans le moule, en obtenant ainsi une pièce coulée de grande isolation calorifuge. Si on juge nécessaire de renforcer l'élément pour qu'il résiste à la. coulée du métal, on remplit l'intérieur du. tube de sables siliceux 9 (fig.3) mélangés à du. silicate de potasse ou de soude, une résine phénolique, etcs. A titre d'exemple, l'élément tubulaire isolant calorifuge 1 peut etre composé de verre quartzeux, contenant plus de 98% de bioxyde de silicium (SiO2), de 30mm de diamètre intérieur a, de 38mm de diamètre extérieur b, de 4mm d'épaisseur de paroi c et de 100mm de longiietue e, pour entre placé en position convenable dans uz. moule de fonderie (non représenté). Un mélange de fonte 2,composé de C 3,3%, Si 2,0, Mn. 0,7%, Po,05%, S 0,07% et de fer-pour le reste, est alors versé à 14000C dans le moule pour constituer l'enveloppe coulée.On obvient ainsi, un- pièce coulée avec isolation calorifuge de 46 rnr de diamètre extérieur d et de 4mm d'épais seur de paroi de la partie en fonte f Pour rer..forcer la résistance à l'écrasement de l'élément titulaire isolant 1 soue a pression du métal fordu, on remplit l'intérieur de l'élément 1 de sables siliceux 9 mélangés à du silicate de potasse ou de soude. Dans un autre exemple, l'élément tubulaire calorifuge 1 est composé d'un mélange, dans le rapport en poids de 3 : I, de sa bles siliceux de grosseur de grains allant de 0,1 à 1,5mm de diamètre, et de plus de 98% de bioxyde de silicium (SiO2) et de ciment d'alumine; l'élément mesurant 30mm de diamètre intérieur a, 38mm de diamètre extérieur b, 4mm d'épaisseur de paroi c et 100mm de longueur e, est placé dans la position voulue, à l'intérieur du moule de fonderie (non représenté).On verse à 1 400 C dans le moule, une fonte graphitique à grains sphériques de composition chimique correspondant à C 3,8%, Si 2,8%, Mn 0,3%, P 0,05, S 0,01, Mg 0,04, Fe le reste, pour constituer l'enveloppe coulée autour de l'élément 1, ce qui donne une pièce de fonderie 10 calorifugée de 46mm de diamètre extérieur d et de 4mm d'épaisseur de paroi de la partie en fonte f. Pour renforcer l'élément tubulaire 1 afin d'éviter sa rupture au cours de la. coulée, on remplit l'intérieur de l'élément 1 de sables siliceux 9 mélangés à du silicate de potasse ou de soude. Dans un troisième exemple, on place convenablement dans un moule de fonderie (non représenté) un élément tubulaire calorifuge 1, composé d'un mélange dans le rapport en poids de 3 à 1 de sables siliceux d'une grosseur de grains de 0,1 à 1,5mm de diamètre, ét de plus de 98% de bioxyde de silicium (SiO2) et de ciment d'alumine, mesurant 30mm de diamètre intérieur a, 38 mm de diamètre exterieur b, 4mm d'épaisseur de paroi c et 100mm de longueur e On verse ensuite à 7200C un alliage d'aluminium,2, dont la compo position chimique est de Cu 3,5, Si 9,5%, Mg 0,5%,Al le reste,pour constituer l'enveloppe coulée autour de l'élément 1, ce qui produit une pièce moulée ignifugée de 46mm de diamètre extérieur d et de 4mm d'épaisseur de paroi dans la partie en alliage d'aluminium f 0Pour éviter la rupture de l'élément 1 au cours de la coulée du métal, on le remplit, comme dans les exemples précédents, de sables siliceux 9 mélangés à du silicate de potasse ou de soude Dans un quatrième exemple, l'élément tubulaire 1, composé d'une alumine à forte teneur, contenant plus de 95% d'Al203,le reste étant constitué par les impuretés inévitables, présente un diamètre intérieur ade 30mm, un diamètre extérieur b de 38mm, une épaisseur de paroi c de 4mm et une longueur e de tOOmm.Cet élément est mis en position dans un moule de fonderie (non représenté).Un mélange de fonte,2, consistant en G 3,3%, Si 2,0%, Mn 0,7%,P 0,05% S 0,07%, Fe le reste, est ensuite versé à 14000C dans le moule, pour envelopper l'élément tubulaire 1. le résultat obtenu est une pièce coulée ignifugée de 46 mm de diamètre extérieur d et de 4mm d'épaisseur de paroi dans la partie en fonte f o La protection de l'élément 1 contre la rupture au cours de la coulée du métal fondu est assurée de la même manière que précédemment. La différence entre 1' effet de calorifugeage des pièces coulées obtenues conformément à la présente invention et les pièces conventionnelles ressort du Tableau 1, ci-après, enregistrant les résultats d'expériences0 Tableau 1 Eprouvettes Tube calorifuge Pièces tubulai itions enveloppé dans res coulées Conditions une partie coulée (clessiques) d'essai \ (présente invention) Diamètre extérieur 46 n;;m 46 mm Diamètre intérieur BOmm 30 mm épaisseur dw .matériau 4 mm O ma calorifuge Spaisse-lr de l'enveloppe 4 mm 8 mm coulée Température engendrée dans le tube 8000 C 800 a longueur de l'éprouvette 10O.mm : 100 mm Température de la surface de la pièce coulée 3500 G envO 5000C env Effet de ltisolation ther mique 4500 a 30000. Matériau de la pièce coulée Fonte j Fonte La présente invention peut être caractérisée en outre par lto- pération consistant à maintenir étroitement rapprochées dans un noyau une quantité de petites pièces en matière réfractaire,dont la surface en contact avec le noyau s'adapte de très près au profil de celui-ci, puis par la mise en place, dans urm moule de fonderie, du noyau et par la coulée dans le moule d'un métal fondu., pour former ainsi une enveloppe autour des petites pièces de matière réfractaire. On maintiens treks serrées sur les noyaux 14,15 (Fig 5 et 6), préparés par un procédé approprié, tel q-le le moulage en coquille ou le procédé au gaz acide carbonique, une quantité de petites pièces 20 de matière réfractaire, composées de verre quartzeux, ou d'un mélange dans le rapport en poids de 3 à 1 de sables siliceux et de ciment d'alumine ou d'alumine à forte teneur, préparées aux dimensions voulues On place ces noyaux dans la position désirée à 11 intérieur d'un moule de fonderie (non représenté) dans lequel on verse du métal fondu de manière à entourer les petites pièces 20 et à obtenir ainsi une pièce coulée ignifugée fortement 30,40o La face supérieure 41 (Fige4) d'une petite pièce 20 est de forme concave, convexe ou plate pour s'adapter approximativement au contour dti noyau qu'elle doit entourer de très près, tandis que la face latérale 42 est légèrement inclinée de manière à empêcher les petites pièces de s'échapper des parties 44 ou 46 des pièces tubulaires métalliques coulées. Dans un nouvel exemple, on maintient fortement serrée contre un noyau 14 (Fig.5) obtenu par le procédé à l'acide carbonique, une petite pièce 20 de matière réfractaire composée d'un mélange en poids de 3 à 1 de sables siliceux de 0,1 à 0,5mm de diamètre de grains, et de plus de 98% de bioxyde de silicium (si02) et de ciment d'alumine, mesurant;Omm de longueur , I Omm de largeur h et 3mm d'épaisseur i.On place le noyau 14 en bonne position dans un moule de fonderie (non représenté), puis on verse, à 750 C, dans le moule, un alliage d'aluminium 442composé de Cu 3,6 , Si 10,0%, Mg 0,5, Al le reste, en formant de ce fait une enveloppe coulée autour des petites pièces 20 et en obtenant ainsi la pièce coulée, ignifugée, coudée en , telle que la représente la Fig.5, de tOmm de diamètre intérieur d et de 30mm de diamètre extérieur kaPour empocher la petite pièce 20 de tomber lorsque la pièce coulée 20 est en service, cette pièce 20 présente une pente p de 50 sur sa fa.ce latérale 42. Pour qu'elle embrssse le mieux possiblé le noyau 14, la pièce 20 présente une face intérieure 4f courbe. Dans un sixième exemple, on maintiens pressée contre un noyau 15,formé par le procédé de moulage en coquille, une petite pièce 20 de matière réfractaire, composée de verre quartzeux mélangé à plus de 98% de bioxyde de silicium (Si02), mesurant 10mm de lon gueur g, 10 mm de largeur h et 3mm d'épaisseur i On place le noyau 15 dans une position spécifiée à l'intérieur d'un moule de fonderie (non représenté) On verse ensuite, à 1 3800C, dans le moule, une fonte graphitiaue à grains sphériques, composée de 03,8%, si 2,8%, Mn 0,3%, P 0,03%, S 0,01%, Mg 0,03%, Fe le res te. Le métal fondu forme une enveloppe entourant la petite pièce 20 de matière réfractaire, maintenue serrée contre le noyau 15, de sorte qu'on obtient la pièce coulée, ignifugée, 40, comme la représente la Fig04, de 18mm de diamètre intérieur m et de 30mm de diamètre extérieur n. Comme dans l'exemple précédent, les faces de la petite pièce 20 sont constituées pour, d'une partSqu' elle n'ait pas tendance à s'échapper de la pièce 40 et, d'autre part, qu'elle s'adapte étroitement sur le noyau 15. Dans un septième exemple, la petite pièce 20 est faite dune matière réfractaire composée d'alumine contenant plus de 95% d'Al203, le reste étant constitué par les impuretés inévitables, et les dimensions de cette pièce 20 sont les mêmes que dans l'ex- emple précédent0 le moyeu 15,sur lequel s'adapte la pièce 20,est pareillement obtenu et caractérisé comme dans cet exemple, En procédant ainsi qu'il y est indiqué, on réalise de même la pièce coulée 40,représentée par la Fig040 Le procédé selon la présente invention ne présente aucune in fériorité mécanique, aucune difficulté d'application en présence de profils en courbe ou complexes, aucun défaut d'isolation thermique ou d'endurance sous des contraintes de croc, non plus qu'au cun des inconvénients inévitables dans l'usage des procédés clas- siques, tels que la structure double des éléments tubulaires-cou- lés, l'emploi de matière moins bonne conductrice de la- chaleur, l'enveloppement ar des produits calorif-ges de l'élément tubulaire moulé, ou l'insertion de produis calorifuges tubulaires dans les éléments coulés En même temps, la présente invention permet de fabriquer une pièce coulée de profil extremement complexe,ou à paroi mince, impossible à réaliser jusqu'ici en raison de la difficulté d'obtenir un tube mince en matière réfractaire, la tendance à la rupture d'un tel tube et la mauvaise circulation d'un métal fondu le risque de voir la pièce produite.se briser en raison de la différence du coefficient de dilatation de l'élément réfrac taire et celui de l'élément moulé aux températures élevées est également éliminé par la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une pièce coulée calorifugée caractérisé en ce que lton prépare un élément de matière réfractaire, on met en place cet élément dans un moule de fonderie et on coule un métal fondu dans le moule afin de former une enveloppe coulée autour de l'élément en matière réfractai.reo 2.- Procédé de fabrication suivant la revendication 1,caractérisé en ce que l'on emploie une matière réfractaire composée d'un mélange dans le rapport en poids de 3 à 1 de sables siliceux et de ciment d'aluminez 3.- Procédé de fabrication suivant la revendication 1,caracté- risé en ce que lbn emploie une matière réfractaire composée d'alumine d'un degré élevé de pureté, 4.- Procédé de fabrication suivant la revendication 1,caractérisé en ce que l'on emploie une matière réfractaire composée de verre quartzeux 50-Procédé de fabrication suivant le revendication 1,caractérisé en ce que l'on utilise un élément en matière réfractaire à une forme tubulaire0 6.- Procédé de fabrication suivant la revendication 5, caractérisé en ce quton remplit l'intérieur de l'élément tubulaire d'une matière formant noyau avant de couler le métal fondu. 7 Procédé de fabrication suivant la revendication 6,caracté- risé en ce que l'on constitue le noyau par des sables siliceux mélangés à un liants 8.- Procédé de fabrication suivant la revendication 1,caracté- risé en ce qu'à ltextérieur du noyau on dispose une certaine quantité de petites pièces réfractaires, on met en place ce noyau dans un moule de fonderie et on coule un métal fondu dans le moule, de manière à former, autour du noyau, une enveloppe coulée métallique, dans laquelle sont noyées les petites pièces réfractaires 90- Procédé de fabrication suivant la revendication 7-,caracbé- risé en ce que l'on emploie des pièces réfractaires composées de verre quartzeux 10.- Procédé de fabrication suivant la revendication 8,caractérisé en ce que l'on emploie des pièces réfractaires composées d'alumine de degré de pureté élevé. 11.- Procédé de fabrication suivant la revendication 8,caractérisé en ce que l'on emploie des pièces réfractaires composées d'un mélange en proportion en poids de 3 à 1 de sables siliceux et de ciment d'alumine.