Brevet FR2313158A1 — publié le 19761231

La présente invention concerne un procédé pour couler de l'aluminium, du cuivre, un alliage de ces métaux, de l'acier, de la fonte ou un autre métal dans un moule en sable comprenant un système de coulée et une cavité de moule, cette cavité étant occupée au moins partiellement par des corps de remplissage en forme de grains ou de billes en carbone ou en graphite. Pour mouler une matière composite constituée par des corps de remplissage en forme de grains ou de billes et par un liant formé par un métal ou un alliage de métaux, on éprouve assez souvent des difficultés pour obtenir un remplissage voulu de l'espace compris entre les corps de remplissage que l'on place aupréalable dans la cavité du moule. On peut mentionner plusieurs raisons de ces difficultés. Une des raisons essentielles est la viscosité du bain de fusion à l'endroit du moulage. Pendant le remplissage du moule, le bain de fusion est soumis notamment à une perte de temparature du fait de son contact avec les parois du moule et avec les corps de remplissage qui sont assez froids par rapport au bain de fusion. I1 est bien connu également que la tension de surface du bain de fusion dans de nombreux cas nécessite l'application d'une certaine pression pour obtenir une pénétration du bain de fusion dans les faibles interstices. Un des facteurs de grande importance pour obtenir un moulage satisfaisant de corps comprenant une proportion considérable de matière de remplissage est un faible effet de refroidissement desdits corps de remplissage sur le bain de fusion pendant qu'il pénètre entre ces corps. Une des façons connues pour obtenir ce résultat consiste à préchauffer la matière de remplissage jusqu'à une température appropriée. Bien entendu, un tel préchauffage entraine certaines dépenses et il peut être difficile de procéder à ce préchauffage d'une manière pratique. C'est pourquoi on préfère habituellement utiliser des corps de remplissage qui sont maintenus à la température ambiante. Une autre façon d'obtenir un faible effet de refroidissement consiste à choisir une matière de remplissage ayant une faible densité et/ou une faible chaleur spécifique.Des grains ou perles de carbone présentant une structure intérieure cellulaire et une surface assez lisse constitue un exemple d'une matière qui repond parfaitement à ces exigences par suite de sa densité apparente extrêmement faible. On peut aussi utiliser d'autres corps de remplissage en forme de grains ou de billes constitués par du carbone ou du graphite. Lors de la fabrication habituelle de pièces moulées en sable sans corps de remplissage, on peut obtenir la pression nécessaire pour remplir les sections plus minces du moule en plaçant des parties du moule à une hauteur suffisante. La pression statique du métal dans les parties critiques atteint alors une valeur nécessaire pour remplir le moule. Toutefois, dans le moulage d'une matière composite comprenant des corps de remplissage, en carbone ou en graphite par exemple, les interstices entre les corps de remplissage sont dans de nombreux cas extrêmement étroits et l'effet de refroidissement exercé par les corps de remplissage devient si élevé que les hauteurs de colonne de pression statique qu'il est possible d'obtenir habituellement ne sont pas suffisantes pour permettre un remplissage sans obstacle des parties voulues du moule.Une augmentation de la pression en prévoyant un système de coulée plus élevé entraine souvent une augmentation considérable du prix de revient en raison du bain de fusion supplémentaire qui est nécessaire et qui, indirectement, entraine une diminution du rendement du moulage. On a considéré qu'il n'étaitpas non plus réaliste d'appliquer la pression d'un gaz sur le bain de fusion dans le cas d'un moulage dans des moules en sable, car ceux-ci sont habituellement très perméables au gaz. Grâce à la présente invention, on évite les difficultés mentionnées ci-dessus que l'on rencontre dans le moulage d'une matière composite comprenant des corps de remplissage en forme de grains ou de billes, en carbone ou en graphite, et un métal ou un alliage métallique dans un moule en sable. Selon la présente invention, on a donc créé un procédé pour mouler de l'aluminium, du cuivre, n'importe quel alliage de ces métaux, l'acier, la fonte ou un autre métal dans un moule en sable comprenant un système de coulée et une cavité de moule, ladite cavité étant au moins partiellement occupée par des corps de remplissage en forme de grains ou de billes, en carbone ou en graphite. Le procédé est caractérisé par le fait que l'on applique une pression sur le bain de fusion à l'aide d'un système de coulée comprenant une partie étanche à l'air ou une partie dans laquelle peut difficilement pénétrer un gaz. La partie étanche à l'air ou la partie dans laquelle peut difficilement pénétrer un gaz forme un canal de coulée habituellement tubulaire et en une matière appropriée. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, au moins la partie supérieure extrême du canal de coulée tubulaire est constituée par un tube de fonte, d'acier, de carton traité par du verre soluble (silicate de soude ou de potasse) ou en matière réfractaire, comme par exemple l'argile réfractaire, le graphite ou le carbure de silicium. Si on utilise un tube en fonte ou un tube en acier, ce tube doit être pourvu d'une couche protectrice sur sa paroi intérieure. Ladite couche peut être constituée par une matière céramique ou, par exemple, par un sable pour moulage en carapace revêtu au préalable de résine phénolique.On peut appliquer la couche de sable pour moulage en carapace, revêtu au préalable en remplissant un tube chauffé avec un tel sable sec revêtu au préalable, en remplissant un tube chauffé avec un tel sable sec revêtu au préalable et, après un temps approprié, on vide le tube. Les tubes en carton traité avec du verre soluble sont de préférence utilisés pour mouler les alliages de métaux à faible point de fusion comme, par exemple, l'aluminium, le magnésium ou le zinc. Selon la présente invention, il est également possible de réaliser un canal de coulée tubulaire directement dans le sable de moulage. Si besoin est, on peut alors revêtir la paroi du canal de coulée avec un certain type de matière appelé noir de fonderie contenant, d'une part, une substance granulaire fine qui est réfractaire et qui assure une étan chéité de surface et, d'autre part, un liant. Dans ce cas, on obtient une surface étanche à l'air ou une surface qu'un gaz peut difficilement traverser. Pour réaliser cette étanchéité de surface, on peut appliquer plusieurs de ces couches après un séchage intermédiaire. Dans ce mode de réalisation, l'application de la pression nécessaire peut être effectué à l'aide d'un couvercle comportant un rebord extérieur s'étendant vers le bas et que l'on enfonce à force dans le sable de moulage.Si on calcule le diamètre du couvercle pour qu'il soit, d'une façon bien définie, plus grand que le diamètre du canal de coulée vertical et si on augmente la longueur du rebord extérieur, la résistance aux fuites de gaz à travers le moule se trouve accrue. I1 est alors possible de maintenir une pression de gaz ou d'air plus élevée sur le bain de fusion pendant le remplissage du moule. Dans certains cas, la conception précitée du couvercle est suffisante pour maintenir la pression pendant le moulage. I1 n'est alors pas nécessaire de rendre étanche le sable de moulage constituant la paroi du canal de coulée. Lorsqu'un tube du type mentionné ci-dessus est introduit dans le sable et constitue au moins la partie supérieure du canal de coulée tubulaire, on utilise un autre type de couvercle. Celui-ci est fixé à la surface supérieure du tube. Le couvercle doit pouvoir être fixé facilement et doit assurer une fermeture étanche. Un cordon de matière plastique réfractaire peut constituer un joint étanche entre le couvercle et le tube de coulée. Le fluide comprimé, comprenant de l'air ou un gaz, est envoyé au couvercle par l'intermédiaire d'une valve réductrice de pression, ce qui permet une alimentation à un niveau de pression approprié. On peut aussi obtenir une pression voulue en introduisant, en dessous du couvercle de fermeture étanche, sur le côté supérieur du bain de fusion, une quantité appropriée d'un agent qui dégage du gaz en chauffant.Comme le réglage de la pression, dans une telle technique peut être difficile à obtenir, on peut concevoir le couvercle de fermeture étanche de manière telle qu'il se soulève et qu'il laisse fuire le gaz 4 une pression voulue. La façon la plus facile pour obtenir un rognage de surpression consiste à soumettre le couvercle à la force d'un poids ou d'un ressort. On peut utiliser divers agents dégageant du gaz, par exemple des carbonates de sodium, de calcium, de magnésium, etc..., ou des métaux purs comme le magnésium ou le zinc. Le choix de-l'agent dégageant un gaz est effectué en fonction du métal moulé. et de la température de moulage utilisée. Dans le cas d'un moulage dans un moule en sable ou le canal de coulée tubulaire est réalisé en formant une cavité directement dans le sable de moulage, on peut introduire le fluide sous pression de la même manière que mentionné cidessus. Pour obtenir une transmission satisfaisante de la pression, on fait en sorte que la partie tubulaire du système de coulée soit spacieuse au point de contenir une quantité de métal suffisante pour assurer un remplissage complet de la cavité du moule. Dans des conditions de moulage particulièrement compliquées où les risques d'un remplissage insuffisant des parties minces du moule sont grands, on peut verser la totalité de la quantité de métal dans le canal de coulée avant d'appliquer la pression. Pour cela, ledit canal de coulée est séparé du reste du moule au moyen d'une membrane frangible consistant, par exemple, en une plaque d'amiante ou en une plaque de métal. La solidité de la membrane doit être réglée de manière qu'elle se brise sous l'effet combiné de la chaleur et de la pression lorsque le remplissage du moule doit avoir lieu. On peut chauffer au préalable la totalité du moule ou des parties de ce moule afin de faciliter le remplissage des sections critiques de la cavité du moule. On va maintenant décrire de façon plus détaillée la présente invention en se référant au dessin annexé, sur lequel: la fig. 1 est une coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif destiné à être utilisé avec le procédé selon la présente invention; la fig. 2 est une vue de dessus du dispositif illustré sur la fig. 1; la fig. 3A est une coupe transversale d'un second mode de réalisation d'un dispositif destiné à être utilisé avec un procédé selon la présente invention; la fig. 3B est une coupe transversale de la partie supérieure d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif destiné à être utilisé avec le procédé selon la présente invention. Le dispositif représente sur la fig. 1 comprend un moule 1 en sable et formé de deux parties, ce moule comportant un canal de coulée tubulaire, consistant sur la totalité de sa longueur en un tube 2 étanche à l'air, et une cavité de moule 4 qui est totalement ou partiellement remplie de grains ou perles de carbone. Le tube 2 est pourvu d'un couvercle hermétique 3. Une source de pression peut être branchée par l'intermédiaire de ce couvercle 3 lorsque le bain de fusion est introduit dans le tube 2. Les grains de carbone sont maintenus en place dans la cavité 4 du moule à l'aide d'un filet 5 en métal, en verre ou en quartz par exemple. La partie supérieure de la cavité 4 du moule est pourvue d'un boitier 6 calorifuge ou exothermique et d'un passage d'alimentation 7. Le dispositif selon la fig. 3A correspond presque complètement au dispositif représenté sur la fig. 1. La seule différence est que le dispositif représenté sur la fig. 3A comprend un tube. 2 étanche à l'air plus court. Dans ce cas, la partie inférieure de la paroi du canal de coulée tubulaire est en sable. I1 n'est pas nécessaire que la -surface de la paroi en sable soit rendue étanche. Les références numériques mentionnées sur la fig. 3A se rapportent aux détails correspondants représentés sur la fig. 1. Comme mentionné ci-dessus, la partie inférieure du dispositif n'a pas été représentée sur la fig. 3B. Toutefois, la partie non représentée correspond complétement à la partie inférieure du dispositif selon la fig. 3A. Par conséquent, le dispositif selon la fig. 3B comprend un moule 1 en sable formé de deux parties. Dans ce cas, la paroi de la partie formant canal de coulée est constituée par un sable qui, facultativement, a été rendu étanche au moyen de ce que l'on appelle le noir de fonderie. Le tube 2 représenté sur la fig. 3A ne figure donc pas. dans le dispositif représenté sur la fig. 3B. Ce dispositif comprend également un couvercle 3 pourvu d'un rebord extérieur s'étendant vers le bas. Ce rebord est introduit dans le sable de moulage. On contrecarre ainsi toute fuite de gaz. Lediamètre du couvercle 3 est considérablement plus grand que le diamètre de la partie formant canal de coulée. Les autres références numériques se rapportent aux détails correspondants représentés sur la fig. 3A. Le moulage de métal selon la présente invention est effectué de la même façon quel que soit celui des dispositifs représentés que l'on utilise. Ainsi, on introduit le métal en fusion dans la partie qui forme canal de coulée et qui, par exemple sur la totalité de sa longueur, peut être formée par un tube 2 (fig. 1) étanche à l'air. I1 faut donc que la partie formant canal de coulée puisse contenir la totalité dela quantité de métal qui est nécessaire pour remplir la cavité 4 du moule. On raccorde de façon étanche le couvercle 3 au tube 2 et on fait agir, à travers ce couvercle 3, un gaz sous pression ou de l'air comprimé de manière que le métal soit refoulé vers le haut et remplisse complétement l'espace compris entre les perles de carbone présentes dans la cavité 4 du moule.On obtient ainsi une matière composite faite de métal et de perles ou grains de carbone. Si on le désire, on peut éliminer les perles ou grains de carbone de la pièce moulée obtenue en faisant chauffer cette dernière dans une atmosphère oxydante. EXEMPLE On a réalisé une pièce moulée métallique à l'aide d'un dispositif tel que celui représenté sur la fig. 1. On a rempli la cavité du moule, qui avait un diamètre de 45 mm et une hauteur de 150 mm, avec des grains de carbone ayant une structure cellulaire intérieure et une surface assez lisse. Les grains avaient un diamètre de 2 à 3,5 mm et un poids spécifique d'environ O,1g/cm3. Le moule était en sable humidifié et lié par de l'argile, c'est-à-dire ce que l'on appelée du sable vert, et comportait un canal de coulée formé par un tube d'acier. Au préalable on avait garni l'intérieur du tube d'acier avec une couche de sable enduit préalablement de résine phénolique, c'est-à-dire avec ce que l'on appelle un sable pour moulage en carapace, ladite couche ayant une épaisseur d'environ 2 mm. On a chauffé alors le tube jusqu'à 3000C et on l'a rempli avec ledit sable pour moulage en carapace pré-revétu puis, après environ 3 minutes, on a enlevé le sable qui n'avait pas été influencé par la chaleur.Au besoin on aurait pu procéder à un traitement thermique postérieur de la couche de sable présente sur le tube chaud en acier par un chauffage dans un four ou à l'aide d'un chalumeau fonctionnant avec du gaz naturel liquéfié. Ou a chauffé jusqu'à 8000C le métal de moulage consistant en un alliage d'aluminium-silicium (environ 12% en poids de silicium et 88% en poids d'aluminium), puis on l'a dégazéifié et purifié de tout oxyde. On a versé le métal dans le système d'alimentation.On a fixé de façon étanche un couvercle au sommet du tube de coulée, après quoi on a applique une pression de 20.000-30.000 Pa (0,2-0,3 kg/cm2) à l'aide d'une source d'air comprime. Cette pression a été suffisante pour faire pénétrer le bain de fusion à travers la totalité de la couche de grains de carbone sans aucun préchauffage du moule. Pendant le moulage, les grains ou perles de carbone étaient maintenus en place dans le moule par deux filets à mailles fines en métal, en verre ou en quartz, un des filets étant placé au-dessus des grains et l'autre filet en dessous de ces grains. La pièce moulée obtenue était constituée par un matériau composite comprenant des grains de carbone et un alliage métallique. On peut éliminer les grains de carbone présents dans la pièce moulée en chauffant cette derniere dans une atmosphère oxydante. On obtient ainsi un métal poreux appelé métal cellulaire. Si on désire obtenir une pénétration du métal sur des longueurs plus importantes que celles obtenues dans l'exemple décrit du mode de réalisation, il faut utiliser une pression plus élevée. Un effet de comparaison a montré qu'en l'absence de pression sur le bain de fusion, on obtient une pénétration du métal qui ne correspond qu'à 20% du volume total. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention dont l'éten- due est définie par les revendications ci-annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé pour couler de l'aluminium, du cuivre, les alliages de ces métaux, l'acier, la fonte ou tout autre métal dans un moule en sable comprenant un système de coulée et une cavité de moule, cette cavité étant occupée au moins partiellement par des corps de remplissage en forme de grains ou de billes, en carbone ou en graphite, le procédé susvisé étant caractérisé par le fait que l'on applique une pression sur le bain de fusion à l'aide d'un système de coulée comprenant une partie étanche à l'air ou une partie pouvant difficilement être traversée par un gaz, cette partie se trouvant dans le sable. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie étanche à l'air ou la partie qu'un gaz peut difficilement traverser constitue une partie qui forme un canal de coulée et qui est habituellement tubulaire et en une matière appropriée. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'au moins la partie supérieure extrême de la partie tubulaire formant un canal de coulée est constituée par un tube en fonte, en acier, en carton traité avec du verre soluble ou en une matière réfractaire comme, par exemple, de l'argile réfractaire, du graphite ou du carbure de silicium. 4. Procéde suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la paroi de la partie tubulaire formant canal de coulée est en sable, cette paroi étant facultativement revêtue avec une matière du type que l'on appelle noir de fonderie et qui contient une substance granulaire fine réfractaire assurant une étanchéité superficielle ainsi qu'un agent liant pour former une surface étanche à l'air ou une surface qu'un gaz peut traverser difficilement et par le fait également que la pression nécessaire est appliquée à l'aide d'un raccordement obtenu à l'aide d'un couvercle comportant un rebord extérieur dirigé vers le bas et introduit dans le sable du moule.