Brevet FR2325449A1 — publié le 19770422

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer un moule convenable pour la coulée d'un métal à haut point de fusion, par exemple du titane ou des alliages de ti tante. Le titane ou les alliages de titane ont un point de fusion élevé et une grande oxydabilité et font preuve de réaction énergique quand ils sont mis en contact avec une matière réfractaire, ce qui rend les produits moulés défectueux. Jusqu'ici des moules pour la coulée d'un métal ayant une telle oxydabilité élevée et un haut point de fusion étaient constitués par des blocs de graphite évidés, mais il était difficile de fabriquer un moule de forme compliquée. Dans la fabrication d'un moule de forme compliquée, on utilise le procédé dit "de la cire perdue" dans lequel le graphite ou les matières réfractaires spéciales sont utilisés comme matières réfractaires capables de donner aux produits moulés une forme précise et une surface de moulage lisse.Par ailleurs, un cotit élevé est le défaut de ce procédé : car une coquille de moule est préparée en revêtant la surface du modèle en cire avec la matière réfractaire, puis le moule et le modèle sont chauffés pour éliminer le modèle par écoulement, le moule risque alors d'être endoinagé par la dilatation thermique de la cire. Comme le mo dle en cire est formé sous pression élevée pour améliorer la moulabilité et la précision dimensionnelle , une machine spéciale pour l'injection est exigée. De plus il faut un modèle ayant une résistance élevée et une grande précision. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé pour fabriquer un moule destiné à la coulée d'un métal à haut point de fusion sans qu'il y ait de réaction d'oxydation ou un quelconque dégagement gazeux même si ce moule est amené en contact avec un métal fondu à haute température. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé pour fabriquer un moule pour la coulée d'un métal à haut point de fusion, applicable à la préparation d'un moule et dtun noyau de formes compliquées, peu coflteuse. L'autre objet de la présente invention est de fournir un procédé pour fabriquer un moule pour la coulée d'un métal à haut point de fusion pour lequel un noyau peut entre rapidement éliminé en utilisant comme noyau un modèle soluble dans l'eau. Selon la présente invention, des poudres de graphite, une solution de liant de silicate éthyle où le silicate d'éthyle est complètement ou partiellement mélangé ou hydrolysé avec la quantité d'eau niicnssalre théoriquement à l'hydrolyse, et un agent durcisseur ar ré)arer un produit pour moule fluide; le produit pour moule fluide est versé tout autour d'un modèle soluble dans l'eau pour former un moule ; après durcissement le moule est plongé dans l'eau pour finir de durcir le moule et simultanDégmlent enlever du moule par dissolutisn le modèle soluble dans l'eau;/ le moule est séché et cuit pour avoir le moule finaL Selon une variante de la présente invention,les poudres de graphite, la solution du liant de silicate d'éthyle et l'agent durcisseur sont mélangés pour préparer la matière pour moule flui- de ; la matière pour moule fluide est versée tout autour du modèle soluble dans l'eau pour former un moule; après le durcissement, le moule est plongé dans l'eau contenant de la silice col lodale,- ou contenant de la silice colloSdale et un agent tensioactif pour durcir complètement le moule et simultanément éliminer du moule par dissolution le modèle soluble dans l'eau ; puis le moule est séché et cuit au feu pour obtenir le moule final. Dans la présente invention la poudre et le granulé de graphite sont utilisés comme matières réfractaires pour le moule Comme liant, une solution de silicate d'éthyle qui est complètement ou partiellement mélangé ou hydrolysé avec la quantité d'eau théoriquement nécessaire à l'hydrolyse, est préparée et mélangée avec les matières réfractaires pour le moule. Ensuite une petite quantité d'un agent de durcissement (gélification) est ajoutée au mélange pour préparer une matière pour moule fluide. La matière pour moule fluide résultante est versée tout autour d'un modèle soluble dans l'eau. Quand la matière de moulage est demi durcie, le moule et le modèle sont plongés ensemble dans l'eau pour procéder au durcissement du moule et en m8me temps à la dissolution du modèle. Ensuite, le moule est séché, et cuit. Maintenant on décrit en détail 3 matière de moulage de la façon suivante 1) Matières réfractaires t le graphite est utilisé comme matière réfractaire, mais quand un moule nécessite une grande précision de la surface , la taille des grains du graphite doit être contrôlée de façon que le mélange de grains grossiers et de grains fins puisse entre tassé au maximum. Quand il faut un moule avec une épaisseur relativement grande, la proportion de grains grossiers du graphite doit être augmentée. La répartition granulométrique de la matière réfractaire est importante et une répartition de mélange type est donnée ci-dessous 5 Matière réfractaire Proportion dans le mélange (% en poids) 1,168 mm - 0,833 mm 60 0,417 mm - 0,295 mm 20 0,147 mm - 0,074 mm 20 2) Liant i le silicate d'éthyle est largement utilisé comme liant pour moule. Habituellement il est utilisé sous forme d'une solution alcoolique dans laquelle la réaction principale est l'hydrolyse du silicate d'éthyle par l'eau. Comme liant, une solution de silicate d'éthyle qui est complètement/partiellement mélangé ou hydrolysé avec la quan tité d'eau théoriquement utilisable pour l'hydrolyse. Un exemple de la solution a la proportion de mélange suivante i Ethyl silicate-40 Proportion dans le (contenant environ melange (% en volume) 40 % de Si02) 80 - 85 1,5 % HC1 alcool 6,1 - 12,0 Eau 8,0 - 8,5 3) Agent durcisseur : Tout agent durcisseur peut être utilisé, dans la mesure où il peut changer le pH du liant. Par exemple on peut utilisé ser l'ammoniac, le carbonate d'ammonium, la triéthanolamine-, etc. Pour la moudabilité, une solution aqueuse de carbonate d'ammonium est préférable. Toute matière peut 8trie utilisée pour le modèle soluble dans 1' eau, tant qu'elle reste soluble dans l'eau. Cependant pour la moulabilité, la facilité de mise en oeuvre, la solubilité, la précision dimensionnelle et l'uni -de la surface du modèle, les matières suivantes pour le modèle sont préférées. Des mélanges d'urée, dtun nitrate et d'au moins une des matières organiques solubles ou dispersables dans eau telles que l'alcool polyvinylique, la polyvigylpyrrolidone po la mélamine, l'oxycarboxylate de sodium , le p-toluènesulfonamide, le sorbitol, l'amidon, le sucre, la gomme arabique les dérivés cellulosiques, la farine de blé, etc. sont utilisés. le moulage du modèle est effectué selon le procédé suivante le mélange de matières pour modèle est placé dans un récipient métallique et chauffé à 1000 - 15300C avec un réchauffeur ou appareil analogue, de façon qu'à la fin du procédé on puisse obtenir une matière pour modèle ayant une très bonne fluidité. La matière pour modèle fondue est versée dana un moule pour modèle et refroidie pour se solidifier, ce qui fait qu'un modèle désiré est formé. Comme moule pour modèle on peut utiliser un moule métallique, un poule en caoutchouc ou un moule en plâtre, etc.. mais en vue des effets de refroidissement, le moule métallique est le plus souhaitable. le modèle ainsi préparé n'a pas seulement une bonne précision dimensionnelle, comparé à la cire, etc.. mais il a spécialement une absence de déformation en creux de la surface. Le modèle ainsi préparé est hg,-,?oscopique et doit Strie stocké dans une pièce sèche ou bien après avoir appliqué une huile sur la surface du modèle. Maintenant on décrira la préparation d'un moule pour la coulpe 'un métal à haut point de fusion en reférence au dessin ci-oint. La figure est une vue schématique montrant la préparation d'un moule de la présente invention pour la coulée du métal à haut point de fusion. Des particules de graphite comme matières réfractaires sont mélangées avec un liant qui est ajouté pour fabriquer le mélange résultant liquide. Un durcisseur est ajouté au mélange -en continuant dtagitçr, ce qui fait qu'une matière pour moule est préparée. Comme montré dans la figure, la matière 4 pour moule est versée tout autour d'un modèle 3 soluble dans 11 eau entouré d'un cadre de moulage 1 et placé sur une plaque de base 2.Plusieurs minutes après, la matière 4 pour moule fluide commence à subir un durcissement, et elle est à moitié durcie. Ensuite, le cadre de moulage 1 et la plaque de base 2 sont enlevés, et le moule est plongé dans l'eau, ce qui produit un durcissement rapide du moule à moitié durci, et en m8me temps le début de la dissolution dans l'eau du modèle 3 soluble dans l'eau, et qui s'écoule du moule. Ensuite, le moule est retiré de l'eau, séché à basse température, puis chauffé à température élevée ce qui a pour résultat de former le moule. Ta dissolution du modèle est vérifiée par le changement de la température de l'eau dans laquelle on effectue la trempe, ou bien en agitant liteau. Quand un moule ayant une résistance supérieure est exigé, on utilise de l'eau pour la trempe contenant un gel de silice soluble dans l'eau, ou bien un gel de silice soluble dans l'eau et un tensio-actif. L'agent tensioactif utilisable comprend les tensio-actifs anioniques tels que les alkylbenène-sulfonates de sodium ou les tensio-actifs non ioniques tels que le polyoxyéthylene-éther. Naturellement, le moule de la présente invention peut entre aussi préparé avec des modèles classiques insolubles dans liteau à la place du modèle soluble dans l'eau de la présente invention, si le moule n'a pas de forme compliquée. Maintenant le procédé de la présente invention pour préparer le moule sera expliqué ci-dessous, en se référant aux exemples. ExemPle 1 Tin moule pour la coulée d'une pale est préparé en utilisant les matières suivantes s 1) matières réfractaires : particules de graphite 2 kg taille des grains t 0,833 mm 60 % en poids a,147 mn 40 * en poids 2) liant : solution de silicate d'éthyle hydrolysé 3) agent durcisseur s solution aqueuse à 8% de carbonate d ammonium 4) modèle soluble dans l'eau t urée 78 * en poids nitrate de sodium 19 % en poids alcool polyvinylique 3 % en poids 5) eau de durcissement t gel de silice soluble dans l'eau 70 % en volume eau 29 % en volume agent tensio-actif (aIkyl- benzènesulfonate) 1 * en volume La pale est préparée à l'avance avec un modèle soluble dans l'eau. Â 2 kg de matière réfractaire, on ajoute 1540 ml de liant, et le mélange résultant est agite suffisamment pour préparer une matière pour moule fluide * Ensuite on ajoute 38 ml de 1' agent durcisseur et on obtient la matière pour moule dé spirée. La matière pour moule est versée tout autour du modèle de la pale. Quatre minutes après, la matière pour moule commence à durcir et perd sa fluidité. Ensuite le moule est plonge tel que dans l'eau de durcissement.Dix heures après le moule est enlevé de l'eau et séché à la température ordinaire pendant un jour, Ensuite le moule est séché à 200 C pendant 2 heures et maintenu dans un four sous atmosphère réductrice à 900 C pendant 3 heures puis laissé à refroidir dns le four. Ensuite le moule est placé dans une chambre à vide et du titane par fondu dans un four à vide est versé dans le moule. La pale moulée en titane résultante possède une précision dimensionnelle élevée et une surface de moulage lisse. Exemple 2 Un moule pour un rotor à pales coulé pour un compresseur est fabriqué en utilisant les matières suivantes t 1) matières réfractaires : particules de graphite 1 kg taille des grains 0,833 mm 60 % en poids 0,295 mm 20 % en poids 0,111 mm 20 % en poids 2) liantisolution de silicate d'éthyle partiellement hydrolysé 3) agent durcisseur: solution aqueuse à 10 % de carbonate d1 ammonium 4) modèle soluble dans 11 eau : le mEme que dans l'exemple 1. Pou; fabriquer un rotor à pales, on fabrique un moule pour noyau et un moule pour noyau du corps respectivement et on assemble le moule pour noyau du corps et le moule pour noyau pour avoir un moule intégré. le moule pour noyau est fabriqué de la façon suivante t Des modèles solubles dans l'eau pour les parties correspondantes à 20 pales du rotor à paies sont préparées et placées dans un modèle noyau . Ensuite la matière pour moule fluide est versée et le remplit. La matière du moule est préparée comme suit t à 1 kg de matières réfractaires, on ajoute 8 ml du liant, puis 8 ml de l'agent durcisseur. La matière du moule est versée dans le modèle noyau comme décrit ci-dessus, et 7 minutes après, la matière du moule commence à se gélifier et à perdre Ba fluidité. À ce moment le modèle noyau est immédiatement éliminé, et le modèle principal et le moule pour noyau sont plongés dans l'eau. le moule à demi durci subit un durcissement rapide, et au meme moment, les modèles correspondant aux pales sont complètement dissous. Ensuite, le moule est laissé à tremper dans l'eau pendant un jour pour le stabiliser. Ensuite, le moule pour noyau est enlevé de L'eau, et séché dans un séchoir à ventilateur pour éliminer complètement l'eau. Puis, le moule pour noyau est chauffé à 9000C sous vide pendant 3 heures pour cuire. On obtient un moule pour noyau/ finallayant une résistance élevée et une grande précision di mensionne île. Le moule pour noyau du corps est préparé à partir de la matière du moule ayant la même composition et la même propor- tion d'ingrédients de mélange que dans l'exemple 1. Le moule pour noyau du corps et le moule pour noyau sont assemblés, en utilisant une pâte pour le noyau, résistant à la chaleur (ad hésif)t pour obtenir un moule intégré. Le moule intégré est placé dans une chambre à vide, et un alliage gi-6Al-4V fondu dans un four à vide est versé dans le moule intégré. Une fois la coulée refr-oidie, le moule pour corps est enlevé en frappant avec un marteau, et le moule pour noyau est éliminé efnettoyé par grenaillage . Le produit coulé résultant: le rotor à pales, a une grande précision dimensionnelle et une surface de moulage lisse. Exemple 3 On fabrique un moule pour la coulée d'une pale en utilisant les matériaux suivants : 1) Matières réfractaires : particules de graphite 1 kg Taille des grains : 0,833 mm 60 % en poids 0,290 mm 20 * en poids 0,111 mm 20 * en poids 2) Liant t silicate d'éthyle 85 * en volume Alcool éthylique à 1,5 * 6,5 % en volume Eau 8,5 * en volume 3) Durcisseur : solution aqueuse à 10 de carbonate d'ammonium. A 1 kg de la matière réfractaire, on ajoute 720 ml du liant et le mélange obtenu est malaxé dans un malaxeur (200 tours/min., type à hélice) pendant une minute, puis on y ajoute 14,4 ml de la solution de carbonate d'ammonium tout en malaxant, On poursuit encore ce malaxage pendant 30 secondes et le mélange est immédiatement versé dans un modèle pour pale pour préparer un moule. 3 minutes plus tard, le moule est à demi-gélifié, et le moule est détaché du modèle. Ensuite on plonge le moule dans l'eau pour le stabiliser.Ensuite on élimine du moule l'eau et l'eau de cristallisation, on le sèche à 1000C + 50C dans un séchoir à ventilateur pendant 2 heures, puis on le chauffe dans une atmosphère d'argon à gnooc pendant 3 heures pour empeher l'oxydation, puis on le refroidit à la température ordinaire. Après le refroidissement, on verse dans le moule sous vide du titane pur fondu dans un four à vide. Quand la coulée est refroidie, on 11 enlève du moule et la nettoie par yenaillage. La pale moulée possède une grande précision dimensionnelle et une surface lisse. Comme on le décrit ci-dessus, la présente invention peut donner les effets suivants 1) Même si le moule de la présente invention est mis en con tact avec un métal fondu à température élevée, il ne se produit ni érosion, ni dégagement gazeux et on obtient un bon produit moulé, 2) Le moule possède une résistance élevée,et peut ainsi être utilisé comme noyau pour moulage de précision, 3) On peut fabriquer un moule ayant une rainure ou un trou profond, qui est difficile à fabriquer par le procédé clas sique, et obtenir un produit moulé de bonne qualité possé dant une précision dimensionnelle élevée, 4) Le procédé de la présente invention est le mieux approprié pour fabriquer un noyau de forme particulièrement compli quée, qui est difficile à fabriquer par le procédé clas sique, 5) Le désablage après la coulée peut être effectué par sim ple grenaillage0 REVENDiCATiONS 1. Procédé pour fabriquer un moule pour la coulée d'un métal à haut point de fusion , caractérisé par le fait que ce procédé comprend le mélange de particules de graphite, d'une solution de liant de silicate d'éthyle mélange ou hydrolysé en totalité ou en partie avec une quantité d'eau théoriquement nécessaire à cette hydrolyse, et d'un agent durcisseur, préparant ainsi une matière pour moule fluide ; la formation d'un moule avec la matière > xrmoule fluide ; la trempe de ce moule dans l'eau quand il est à moitié gélifié, complétant ainsi le durcissement, et le séchage et la cuisson du moule, obtenant ainsi le moule définitif. 2. Procédé pour fabriquer un moule pour la coulée d'un métal à haut point de fusion, caractérisé par le fait que ce procédé comprend le mélange de particules de graphite, dtune 50 lution de liant de silicate d'éthyle mélangé ou hydrolysé complètement ou-partiellement avec une quantité e eau théoriquement nécessaire à cette hydrolyse, et d'un agent durcisseur, préparant ainsi une matière pour moule fluide; la coulée de la matière pour moule fluide tout autour dtun modèle soluble dans l'eau, fabriquant ainsi un moule ; la trempe de ce moule dans l'eau s après le début du durcissement, complétant ainsi son durcissement et simultanément éliminant du moule par dissolution le modèle soluble dans l'eau , puis le séchage et la cuisson du moule, obtenant ainsi le moule définitif. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'agent durcisseur est l'ammoniac, le carbonate d'ammonium ou la triéthanolamine. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le modèle soluble dans l'eau est constitué par de l'urée, un nitrate et une matière organique soluble ou dispersable dans l'eau. So Procédé selon la revendication 4t caractérisé par le fait que la matière soluble ou dispersable dans l'eau est au moins l'alcool polyvinylique, la polyvinylQyn-lidone, la mélamine, un oxycarboxylate de sodium , le para-toluène-sulfamide , le sorbitol, l'amidon, le sucre, la gosse arabique, des dérivés cellulosiques et la farine de blé. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'eau pour la trempe contient du gel de silice soluble dans l'eau, ou bien du gel de silice soluble dans l'eau et un agent tensio-actif. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'agent tensio-actif est un alkylbenzènesulfonate de sodium ou un polyoxyethylbne-éther.