Brevet FR2165771A1 — publié le 19730810

La présente invention est relative à un perfectionnement à un poteyage pour moules, utilisé en vue de prévenir la pénétration du métal en fusion dans le moule en sable et la fixation, par l'action de la chaleur, du sable du moule à la surface de la pièce moulée au cours de la production des pièces de fonte ou d'acier moulé. Dans la production de pièces moulées par l'utilisation d'un moule en sable, on revet d'un poteyage, constitué par exemple d'une poudre réfractaire, la surface du moule avec laquelle le métal en fusion est appelé à venir en contact, en vue de prévenir la pénétration du métal en fusion dans le moule et la fixation, par l'action de la chaleur, de la pièce de fonderie, et du sable de moulage l'une contre l'autre. On fait toujours usage du poteyage dans la production tant des pièces moulées en fonte ou en acier que des pièces de moulage en des alliages non ferreux. On utilise de même le poteyage avec n'importe quel genre de moule, y compris les moules en sable et les coquilles métalliques.Toutefois, le poteyage utilisé dans les moules de coulée de pièces en fonte ou en acier, dans lesquels on verse le métal en fusion à une température élevée, n'a pas présenté une efficacité suffisante dans des conditions de coulée sévères. La plupart des poteyages utilisés pour la fonte et l'acier moulé se composent de poudre de graphite ou de zircon à titre de poudre réfractaire, de bentonite, d'argile, de métasilicate ou d'une résine phénolique à titre de liant, et d'eau ou d'alcool méthylique à titre de solvant. En général, on désigne un poteyage contenant de liteau à titre de solvant sous le nom de poteyage so- luble dans l'eau, et celui qui contient un solvant volatil, comme l'alcool méthylique, sous le nom de poteyage volatil. Les principaux poteyages qui sont couramment en usage d'une manière générale sont indiqués dans le tableau I. Tableau I - Types de poteyages C O N S T I T U A N T S Type Poudre refractaire Liant I Solvant Soluble graphite Bentonite, argile, Eau dans zircon, métasilicate, etc. ~~~~~~~~~~ etc. graphite Résine phénolique Alcool Volatil zircon, résine naturelle méthylique etc. etc. etc. Le poteyage soluble dans liteau demande un séchage après son application dans le moule, t on ne peut l'utiliser que dans les moules tels que les moules en sable au ciment, les moules en sable vert et les moules en sable étuvé. Le poteyage volatil est utilisable dans tous les moules, et on s'en sert principalement avec un sable traité au gaz carbonique et le sable pour moulage en carapace. Alors que le poteyage volatil offre l'avantage d'un degré de séchage plus avancé, -il a l'inconvénient qu'on ne peut pas l'appliquer sous une épaisseur supérieure à celle du poteyage soluble dans l'eau, et aussi qu'il n'est pas en mesure d'empêcher à un degré suffisant la pénétration du métal en fusion et la fixation du sable, par l'action de la chaleur, sur la pièce. On estime que la cause en réside dans le fait qu'en raison de ce que les poteyages volatils utilisés couramment ne fournissent qu'un revêtement mince en poudre réfractaire et font usage d'un liant tel qu'une résine phénolique qui brûle à des températures qui sont basses, le revetement appliqué présente une faible résistance aux températures élevées et tend à être emporté par le métal en fusion lors de sa coulée. Par contre, comme le poteyage soluble dans l'eau fournit un revetement ayant une résistance plus grande à température élevée, grâce à l'utilisation d'un liant tel que l'argile qui est davantage capable de conserver sa résistance à température élevée, on peut parvenir à éviter de façon plus efficace la pénétration et la fixation du sable sur la pièce sous l'action de la chaleur, bien que ce ne soit pas dans une mesure entièrement satisfaisante et que ce soit d'une manière bien moins efficace dans le cas de pièces moulées de grandes dimensions. De meme, comme le poteyage so- luble dans l'eau produit, en raison de sa teneur en eau, un effet nuisible tel qu'une diminution de la résistance mécanique du moule quand on fait usage de sable traité au gaz carbonique, on ne peut pas l'appliquer à un moule de ce genre.Par conséquent, le poteyage volatil est moins efficace que le poteyage soluble dans l'eau et, quand on s'en sert, on ne peut pas éviter entièrement la pénétration et la fixation du sable sur la pièce sous l'action de la chaleur, telles qu'elles se produisent quand on prépare des pièces moulées, ce qui pose un problème difficile. La pénétration et la fixation du sable sur la pièce par la chaleur qui se produisent au cours de la coulée augmentent l'importance des opéra tions de finissage, -le prix de fabrication et retardent la livraison de ces pièces, ce qui représente une perte économique importante. Le principal but de la présente invention est de parvenir à un poteyage volatil très efficace, même avec le sable traité au gaz carbonique, et qui soit dépourvu des effets nuisibles indiqués ci-dessus Un autre but de l'invention est de parvenir à un poteyage qui évite d'une manière efficace la pénétration et la fixation du sable sur la pièce par l'action de la chaleur. Selon l'invention, un poteyage se compose de 100 parties, en poids, d'une poudre réfractaire contenant 70 à 100%, en poids, d'oxyde de chrome, une à 20 parties, en poids, d'un liant, et 50 à 200 parties, en poids, d'un solvant volatil. Sur les dessins annexés Figure 1 montre la profondeur de pénétration du poteyage dans les vides existant entre les grains de sable. A droite, matériau selon l'invention ; à gauche, matériau classique. Figure 2 est un diagramme montrant l'effet de divers oxydes métalliques sur la résistance résiduelle à la compression (portée en ordonnée) d'un moule au sable traité à l'anhydride carbonique, après exposition du moule à l'action de la chaleur, la température étant portée en abscisse. Sur ce diagramme, la courbe 1 correspond au cas d'un poteyage sans addition. Figure 3 est un schéma qui donne une comparaison du degré d' efficacité avec lequel divers poteyages empêchent la pénétration du métal en fusion. La hauteur en charge du métal en fusion est exprimée en millimètres. Trois cas sont considérés : 1. Sans application d'un poteyage ; 2. application de poteyage ZrSiO traditionnel ; 3. application de poteyage au Cr203 selon l'invention. Ci-après vont etre décrites des formes de réalisation préférées de l'invention. A la suite de recherches faites dans le cas où le poteyage présente l'efficacité la plus grande en empechant la pénétration du métal en fusion dans le sable, on a observé que le défaut initial qui se produit dans les pièces de fonderie du fait des caractéristiques du poteyage consiste, le plus souvent, en la pénétration du métal dans le sable du moule, etque la prévention de cette pénétration peut conduire à une suppression de la fixation du sable, par l'effet de la chaleur, sur le métal de la pièce coulée, et que, pour éviter que cette pénétration se produise, l'imprégnation et le remplissage, avec de la poudre réfractaire, des vides existant entre les grains -du moule sont d'une très grande efficacité. Sur la base de ces observations, les tentatives qui ont été faites en vue de l'obtention d'un poteyage dont la poudre réfractaire a un pouvoir supérieur d'imprégnation et de remplissage des vides. existant entre les grains du sable ont abouti à la découverte que la profondeur de l'imprégnation est en rapport avec le poids spécifique et la dimension des grains de la poudre, et que l'oxyde de chrome (Cr203) convient le mieux, comme le montre le Tableau 2, et on a mis au point un poteyage volatil utilisant de la poudre d'oxyde de chrome à titre de poudre réfractaire. Ce poteyage sera désigné ci-après sous le nom de poteyage à oxyde de chrome. Tableau 2 Comparaison de la profondeur de pénétration de différentes matières réfractaires (mélangées au poteyage) Matière réfractaire Cr2O3 TiO2 ZrSiO4 MgQ Si02 Point de fusion en C 2275 1821 2420 2800 1713 Poids spécifique de 4,62 4,-6o 3,58 2,92 Profondeur de pénétration en mm 4,6 1,7 1,1 0,8 ov5 La poudre d'oxyde de chrome ne-doit pas contenir moins de 80%, en poids, de grains d'une dimension maximum de 10 microns, et de préférence d'une dimension maximum de 5 microns, en vue de l'aptitude à la pénétration dans les vides existant entre les grains de sable, et sa pureté ne doit pas être inférieure à 85%, et de préférence à 95%, en vue de l'obtention de sa qualité réfractaire. On peut aussi remplacer une partie de la poudre réfractaire par une autre poudre réfractaire que l'oxyde de chrome, comme la poudre de zircon, et la teneur en oxyde de chrome ne doit jamais être inférieure à 20%, en poids, en vue de l'obtention de l'aptitude à l'imprégnation présentée par le poteyage. Un exemple de la granulométrie de l'oxyde de chrome est représenté dans le tableau 3. Tableau 3 Granulométrie de l'oxyde -de chrome Diamètre des grains > 5 4-5 3-4 2-3 1-2 Poids, % 2 2 2 8 2Q 66 Le poteyage selon la présente invention se compose de 100 parties, en poids, d'une poudre d'oxyde de chrome ou d'un mélange contenant la poudre de chrome ci-dessus décrite, 1 à 20 parties, en poids, d'un liant tel qu'une résine phénolique ou une résine d'acétate de vinyle, et 50 à 200 parties, en poids, d'un solvant volatil tel que l'alcool méthylique. Le liant utilisé comprend une résine phénolique, une résine d'acétate de vinyle et de la résine naturelle qui sont solubles dans un solvant volatil.Le solvant utilisé peut etre de l'alcool méthylique, de l'alcool éthylique, de l'alcool isopropylique et de l'acétone. Quand on applique le poteyage selon la présente invention sur la surface du sable d'un moule, tel qu'un sable traité au gaz carbonique, la poudre réfractaire du poteyage, c'est-à-dire l'oxyde de chrome, pénètre dans les vides qui existent entre les grains du sable plus profondément que les poteyages traditionnels, et remplit les vides comme le montre la figure 1. De plus, comme la poudre d'oxyde de chrome a également pour effet de réduire la résistance résiduelle du sable traité au gaz carbonique après exposition à la chaleur comme le montre la courbe 4 de la figure 2, le sable de moulage imprégné du poteyage peut facilement se broyer. Ainsi que cela a été décrit ci-dessus, le poteyage selon la présente invention est caractérisé par une imprégnation améliorée et un effet meilleur de remplissage des vides existant entre les grains du sable, de même que par une meilleure aptitude au broyage du sable du moule. L'effet de remplissage des vides existant entre les grains de sable conduit à empêcher le métal en fusion de pénétrer dans les vides existant entre les grains du sable, et l'aptitude meilleure à la rupture facilite l'enlèvement du sable de moulage, ce qui entraîne une diminution du nombre des opérations à effectuer. Parmi ces effets, le fait d'empêcher la pénétration représente tout particulièrement une caractéristique remarquable de la présente invention. L'effet de prévention du poteyage de la présente invention comparé à celui des poteyages traditionnels, est représenté dans la figure 3. Dans la figure 3, la colonne 1 est relative au cas d'un sable traité au gaz carbonique contenant du sable de silice nO 6 (Index de taille 72 des grains, d'après la Société Américaine de Fonderie) sans emploi de poteyage, et on observe alors que, lorsque la hauteur en charge du métal en fusion atteint environ 500 mm, on provoque la pénétration du métal en fusion dans les vides existant entre les grains du sable, alors qu'il ne se produit aucune péné tration sous une pression du métal en fusion inférieure à celle qui vient d'étire indiquée. Quand on applique un poteyage volatil contenant de la poudre de zircon traditionnelle (dimension des grains, environ 44) à titre de poudre réfractaire sur ce sable de moulage, la valeur limite monte à 650 mm, comme le montre la colonne 2. Par comparaison avec ce qui vient d'etre exposé, l'application du poteyage selon la présente invention empêche complètement la pénétration du métal en fusion jusqu'à une hauteur de 900 mm, comme le montre la colonne 3. Ce résultat fait ressortir un effet de ce poteyage qui le distingue nettement des poteyages traditionnels. Autrement dit, l'application du poteyage à l'oxyde de chrome à un sable traité au gaz carbonique conduit à empecher entièrement la pénétration de meme que la fixation, par l'effet de la chaleur, du sable sur la pièce moulée, ce qui a pour conséquence de réduire dans une forte mesure l'importance des phases de finissage des pièces moulées et de parvenir à une réduction du coût de fabrication de ces pièces. En conséquence, l'intéret économique présenté par le poteyage selon la présente invention est très important. EXEMPLE 1 Une application du poteyage selon la présente invention à un sable traité au gaz carbonique et contenant du sable de zircon (indice de taille 100 pour les grains, selon la méthode de l'Association Américaine de Fonderie), répondant au Tableau 4, a conduit à empêcher de façon suffisante la pénétration. (Voir Tableau 4 ci-après). Tableau 4 - Conditions opératoires Type de sable Sable de zircon (indice de taille 100 selon la Sté Américaine de Fonderie) Type de moule Moule en sable traité au gaz carbonique Composition, par Poudre Résine Alcool parties en poids 1 d'oxyde de d'acétate méthylique du poteyage chrome de vinyle 100 5 120 Dans la composition du poteyage selon l'exemple 1 tel qu'il est reproduit dans le tableau 4, la résine à l'acétate de vinyle utilisée comme liant peut être employée dans la gamme d'une à 20 parties, et de préférence de 5 à 10 parties. L'alcool méthylique utilisé comme solvant peut être employé dans la gamme de 50 à 200 parties, de préférence de 100 à 150 parties. EXEMPLE 2 Le Tableau 5 représente un exemple de composition d'un poteyage selon la présente invention dans son application à un sable traité au gaz carbonique et pour lequel on a utilisé du sable de silice de nO 6. La résine phénolique peut être utilisée dans la gamme de 50 à 200 parties. Tableau 5 - Conditions opératoires Sable de silice nO 6 (Indice de Type de sable taille 72 pour les grains, selon la Sté Américaine de Fonderie) Type de moule Moule au sable traité au gaz carbonique Composition du poteyage, Poudre Résine Alcool en parties en poids d'oxyde de phénolique méthylique chrome 100 5 120 EXEMPLE 3 Le poteyage selon la présente invention peut aussi être utilisé avec la composition indiquée au Tableau 6. Tableau 6 Composition du poteyage (en parties en poids) Poudre d'oxyde de chrome Résine naturelle Alcool méthylique 100 5 120 En plus du liant indiqué ci-dessus, or peut utiliser comme liant une résine naturelle ou une résine synthétique, telle qu' une résine d'alkyle, d'urée, de mélamine ou acrylique. EXEMPLE 4 Une application du poteyage selon la présente invention au sable traité au gaz carbonique et contenant du sable de silice nO 5 (Indice de taille 56 des grains, selon la Sté Américaine de Fonderie) selon le Tableau 7 a conduit à une prévention suffisante de la pénétration. Dans le cas d'un sable de moulage à gros grains comme le montre le Tableau 7, le mélange d'une poudre de sable de zircon en grains de forte taille (dont la granulométrie est indiquée au Tableau 8) au poteyage assure un meilleur effets d'imprégnation et de remplissage. Cela est dû à la combinaison de l'effet d'imprégnation de la poudre d'oxyde de chrome et de l'effet de remplissage de la poudre de zircon à gros grains. Tableau 7 - Conditions opératoires Sable de silice n 5 (Indice de Type de sable taille de grains 56 de la Société Américaine de Fonderie) Type du moule Sable traité au gaz carbonique Composition du poteyage > Poudre Poudre Résine Alcool parties en poids d'oxyde de de d'acé- isopro chrome zircon tate pylique de vinyle 50 50 10 120 Tableau 8 - Granulométrie de la poudre de zircon Diamètre des grains en microns > 76 64-76 35-64 44-53 Poids, en % 0,1 0,1 1,4 0,4 - 98,0 EXEMPLE 5 Le poteyage selon la présente invention peut contenir de l'acétone à titre solvant, -comme le montre le Tableau 9. On peut utiliser, -de façon semblable, à titre de solvant, du benzène, du toluène, de ltethylvamine ou de l'éther d'éthyle, mais ctest un alcool tel que l'alcool méthylique ou isopropylique qui, de be-au- coup, est préférable, du point de vue du court et de la sécurité. Tableau 9 - Composition du poteyage (parties en poids Poudre d'oxyde Résine d'acétate Acétone de chrome .de. vinyle. 100 10 150 D'autre part, à titre d'autre exemple, le-s poteyages selon les exemples 1 à 5 ont -été- utilisés dans des moules carapaces pour la production de pi.èces moulées à paroi mince, et ils ont conduit à une très belle surface s-ur les pièces moulées. Plus particulièrement, l'application à des pièces coulées en acier inoxydable demandant une belle surface sur la pièce coulée présente un très grand interet. Il est nécessaire de faire apparaître sur la pièce moulée, au cours de l'opération de coulée, le numéro de fabrication et la marque du fondeur. Le poteyage appliqué sur ces parties a été en mesure de donner un numéro de fabrication et une marque de fondeur de très belle qualité par comparaison avec ltemploi des poteyages traditionnels. Ainsi que cela a été. décrit ci-dessus, le poteyage selon la présente invention peut également être utilisé pour des pièces moulées autres que celles à paroi épaisse, et en donnant des résultats supérieurs à ceux des poteyages volatils traditionnels, par conséquent on peut l'utiliser avec avantage dans l'industrie. REVENDICATIONS- 1.- Poteyage pour l'utilisation dans les moules de fonderie en sable, -caractérisé par le fait qu'il contient 100 parties, en poids, d'une poudre réfractaire contenant 70 à 100%, en poids, d'oxyde de chrome (Cr203), 1 à 20 parties, en poids, d'un liant et 50 à 200 parties, en poids, -d'un solvant volatil. 2- Poteyage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'oxyde de chrome (Cr203)- a une grosseur de grain qui ne dépasse pas 10 microns, et un degré de pureté qui n'est pas inférieur à 85%. 3.- Poteyage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liant est une résine phénolique,. une résine d'acétate de vinyle ou une résine naturelle. 4..- Poteyage selon la revendication 1,. caractérisé par le fait que le solvant est un alcool, tel que l'alcool méthylique, l'alcool isopropylique ou l'acétone.