Brevet FR2209622A1 — publié le 19740705

La présente invention due aux travaux de Monsieur Jean-Louis, Gérard, Charles BENARD est relative à un matériau utilisable pour constituer des moules ou revêtements de moules ou noyaux de fonderie, que ces moules soient statiques ou entrainés en rotation en vue d'une coulée centrifuge. Le matériau le plus souvent utilisé pour les moules et noyaux de fonderie et même parfois pour revêtir les coquilles de centrifugation est du sable mélangé avec un liant. Ce matériau présente les avantages de se prêter facilement au moulage et d'être économique. Mais il présente aussi des inconvénients en premier lieu il dégage, notamment lors du traitement d'élaboration en sablerie et lors du démoulage une grande quantité de poussières rendant l'air malsain au point de causer parfois une maladie appelée silicose.En second lieu il est parfois la cause d'imperfections des pièces moulées si toutes les conditions favorables au moulage et à la coulée ne sont pas réunies mauvais refroidissement de pièces épaisses aux épaisseurs variables d'où présence de cavités internes dites retassures, mauvais état de surface dù à l'érosion ou à la détérioration de la paroi du moule, et soufflures des pièces moulées (cavités causées par des gaz enfermés) dues à des irrégularités de granulométrie provoquant des insuffisances locales de porosité du moule aux gaz. On a déjà cherché à remédier à ces inconvénients au moins dans les cas où l'on souhaitait un refroidissement rapide des pièces moulées, par l'emploi d'un matériau ayant à la fois des avantages du moule permanent (suppression des poussières) et des avantages du moule destructible en sable (obtention facile de l'empreinte ou cavité de moulage, sans usinage). C'est ainsi que l'on a utilisé de la grenaille métallique ou des copeaux métalliques maintenus en place sous la forme de la pièce à obtenir au moyen de forces magnétiques (création de champs magnétiques) ou de la force centrifuge dans le cas de coquilles tubulaires de centrifugation. L'utilisation d'un champ magnétique peut être envisagée pour des moules de pièces de forme simple, par exemple cylindrique, mais non pour des pièces de forme compliquée présentant des saillies, des creux et des évidements. L'emploi de la force centrifuge est limité à des pièces cylindriques ou tubulaires. Pour ces raisons, ces techniques n'ont pas eu le développement industriel escompté. L'invention a pour objet un matériau de moulage en fonderie à base de grenaille métallique susceptible d'un emploi beaucoup plus commode et beaucoup plus étendu. Ce matériau est caractérisé en ce qu'il consiste en grenaille métallique dont les grains sont enrobés d'un liant de fonderie. Le liant est choisi parmi les résines polymérisables à froid ou à chaud, les argiles, les silicates durcissables, avec emploi de gaz carbonique. Ce matériau est facile à mettre en forme en lui faisant épouser les contours d'un modèle et conserve facilement cette forme par durcissement du liant d'enrobage qui fait adhérer les grains métalliques les uns aux autres. Lors du démoulage, les dégagements importants de poussières sont évités, la grenaille est récupérée, et les pièces moulées d'épaisseur importante sont saines. D'autres caractéristiques' et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre. Suivant un exemple d'exécution, le matériau de moulage de l'invention est une grenaille métallique (fonte, acier, aluminium) de granulométrie bien choisie en moyenne et en répartition : taille moyenne inférieure ou égale à 0,4 mm et moins de 10 % en poids de particules ayant un diamètre inférieur à O,lmm. A l'aide d'un malaxeur, les grains sont enrobés d'un liant choisi parmi ceux, naturels et synthétiques, qui sont bien connus et généralement employés : par exemple des résines polymérisables durcissant à froid ou à chaud, de l'argile, des liants à base de silicates durcissant avec l'aide de gaz carbonique. Ce mélange est effectué dans les proportions suivantes en poids : environ 95 % de grenaille métallique et au maximum 5 % de liant. A l'aide de cematériau, on confectionne moules, noyaux ou masques de fonderie de la même manière qu'avec un sable de moulage. La seule différence est que dans le cas d'un liant polymérisable à chaud, le temps de chauffage est sensiblement inférieur à cause de la meilleure conductibilité thermique de la grenaille. De même, pour appliquer un revêtement de ce matériau sur une coquille de centrifugation, on utilise de préférence comme liant une résine durcissant à chaud, on verse une quantité dosée de grenaille enrobée de liant à l'intérieur de la coquille chaude, on fait tourner lentement celle-ci à une vitesse sensiblement inférieure à la vitesse de centrifugation afin d'étaler la grenaille sur la paroi de la coquille jusqu'à ce que celleci soit entièrement recouverte, les grains adhérant alors les uns aux autres grâce à la chaleur dégagée par la coquille qui fait polymériser le liant. Awantaqes : outre l'absence de poussières, on constate les avantages suivants Bonne conductibilité thermique assurant un refroidissement suffisamment rapide de pièces épaisses pour obtenir une paroi assez dure des pièces moulées, au moins superficiellement. Du fait de la solidification et du refroidissement plus rapide de la pièce moulée, celle-ci peut être retirée du moule beaucoup plus vite. Il en résulte une accélération de la production de pièces coulées suivant ce procédé. D'autre part, la grenaille métallique peut être récupérée plus tôt, et comme elle se refroidit après décochage plus vite que du sable dans les mêmes conditions, le recyclage de cette grenaille est beaucoup plus rapide que celui du sable. I1 en résulte une économie de temps et de place puisqu'un moindre volume de matériau de moulage est utilisé. Lors du refroidissement le retrait de la pièce moulée n'est plus la cause de retassures importantes susceptibles de faire mettre la pièce moulée au rebut. Les parois du moule1 du noyau ou du revêtement sont beaucoup plus résistantes à la fois à la température et à l'érosion et à d'autres causes mécaniques de détérioration de sorte que les défauts de surface des pièces moulées dus à la détérioration de la paroi du moule sont supprimés. La grenaille de fonte n'étant pas morcelée lors de la coulée peut être réemployée après démoulage sans avoir à réajuster sa granulométrie. Il suffit d'enrober ou de préenrober de nouveau les grains métalliques car le liant a été détruit lors de la coulée. Quelques exemples illustreront l'invention Exemple 1 Une composition de matériau de moulage suivant l'invention est la suivante - grenaille de fonte : lOO parties en poids - résine phénolique Novolaque : 4 parties en poids - catalyseur hexaméthylènetétramine : 0,6 partie en poids - agent de émottage stéarate de calcium : 0,2 partie en poids Ces différents composants peuvent être mélangés à froid avec une résine en solution alcoolique ou vers L000 C dans un malaxeur chauffant avec une résine sèche. Dans les deux cas il est important de bien séparer les grains de fonte après cette opération pour avoir un matériau fluide propre au moulage. Le rôle du stéarate est de faciliter cette opération de division des mottes ou démottage. Ce mélange peut être introduit dans un moule ou une boite à noyaux chaude par gravité ou par soufflage. La température du moule ou de la boîte à noyaux doit être parfaitement contrôlée, et maintenue à une valeur de l'ordre de 200 à 250 C. Le temps de polymérisation du liant, de l'ordre de quelques minutes ou fractions de minutes, est fonction de la température de la boîte ou du moule et du degré de cuisson souhaité. 'Pour une même carapace en sable, le temps de cuisson serait plus long, comme le montre l'exemple 3. Exemple 2 On a coulé dans des moules réalisés avec la composition donnée dans l'exemple 1 des disques de freins en fonte à graphite lamellaire non alliée. I1 s'agit de pièces soumises à l'usure, pour lesquelles on demande une dureté Brinell située entre 200 et 220 HB. On a ainsi obtenu une dureté de 205 HB en utilisant de la fonte à faible taux d'impuretés, et à carbone équivalent fixé par des raisons de trempabilité. Le résultat était donc satisfaisant. En coulant la même fonte dans un moule en sable à la résine suivant la technique connue, on n'a pu obtenir qu'une dureté de 176 HB. Le résultat était donc insuffisant. Pour obtenir les disques de freins en fonte de dureté souhaitée, avec le même moule en sable, il refit fallu ajouter à la fonte précitée un agent perlitisant très efficace consistant par exemple en 0,4 à 0,5 % de cuivre ou 0,1 % d'étain, additions très onéreuses Exemple 3 Dans le but de déterminer le temps nécessaire à la polyméri- sation de la résine enrobant la grenaille métallique, on a réalisé une série d'éprouvettes de flexion (100 x 25,4 x 6 mm) à la température de 2500 C, en faisant varier le temps de cuisson. La valeur maximale de résistance à la flexion correspond aux meilleures conditions de cuisson. Pour un sable lié avec 4 % de résine on a trouvé, dans les conditions décrites ci-dessus, un temps de 45 secondes. Pour deux mélanges de grenaille de fonte et de résine respectivement à 2 et 4 % de résine, la résistance optimale était obtenue à partir de 30 secondes de cuisson seulement. REVENDICATIONS 1.- Matériau de moulage en fonderie à base de grenaille métallique caractérisé en ce qu'il consiste en grenaille métallique dont les grains sont enrobés d'un liant de fonderie. 2.- Matériau de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange dans les proportions suivantes en poids d'environ 95 % de grenaille métallique et au maximum 5 % de liant. 3.- Matériau de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les grains de la grenaille métallique ont une forme compacte. 4.- Matériau de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les grains de la grenaille métallique ont une forme ronde. 5.- Matériau de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la granulométrie de la grenaille métallique est la suivante : taille moyenne des grains inférieure ou égale à 0,4 mm avec une proportion de moins de 10 % en poids de particules de diamètre inférieur à 0,1 mm. 6.- Matériau de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le liant est choisi parmi les résines polymérisables à froid ou à chaud, les argiles, les silicates durcissables avec emploi de gaz carbonique. 7.- Matériau de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange ayant la composition suivante en poids - grenaille de fonte : 100 parties - résine phénolique Novolaque : 4 parties - hexaméthylènetetramine : 0,6 partie - stéarate de calcium :-0,2 partie