Brevet FR2358221A1 — publié le 19780210

L'invention a trait a un procédé de garnissage d'une coquille de coulée par centrifugation, destinee a la coulée du cuivre ou de ses alliages, dans lequel, avant l'introduction du métal fondu dans la coquille, on garnit celle-ci d'une couche mince constituee par une suspension de matériaux pulvérulents. Les sections de tubes fabriques en coulée par centrifugation a partir du cuivre et de ses alli-ages, en particulier le bronze, et qui doivent servir de pièces brutes destinées a être usinées en manchons, bagues ou autres pieces de forme, presentaient jusqu'alors l'inconvénient d'une couche externe et d'une couche interne., différentes du restant de la pièce coulée. La couche externe renferme, selon une epaisseur importante, des inclusions gazeuses ; elle est inuttlisable et do-it donc être enlevée par tournage.La couche interne est constituée par une couche qui présente des retassures- et continent des oxydes , son épaisseur dépend en premier lieu de la vitesse de refroidissement du métal fondu, notamment de la vitesse de passage de l'état liquide a l'étant solide.Les procédés de coulée par centrifugation utillés. jusqu'alors pour le cuivre ou Tes alliages de cuivre, en particulier, le bronze, impliquent de plus, pour éviter des boursoufflures, que le remplissage de la coquille se fasse relativement lentement et partiellement également de faço-n irrégulière. Ceci amène des imprécisions sur les f.aces~interne-s de-la pièce coulee et.soumet- lu coquille à des c-ontraintes thermiques irrégulières. La conséquence en est une réalisation plus longue et un vieillis sement-rapide de la coquille.. De-plus se produisent toujours des differences décelables de la structure et des c.a. ractéristiques techniques de la pièce coulée, ce qui est souvent inadmissible. Par ailleurs, une temperature relativement élevée de la coquille est indispensable pour maintenir dans des limites raisonnables le dégagement gazeux le long de la paroi de la coquille. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et d'améliorer un procede du genre décrit ci-dessus de façon telle qu-'avec des moyens reduits, la coulée proprement dite soit accélé- rée, la qualité des longueurs de tubes obtenus améliorée et fina lement la duree de vie des coquilles prolongée. L'invention résout ce problème dans un procede-du genre décrit c.-dessus, essentiel lement par le fait que, pour constituer une couche conductrice de la chaleur et perméable aux gaz, on utilise pour la suspension des matériaux pulvérulents, l'oxyde de zirconium (ZrO2) et un liant anorganique. Le liant anorganlque sera de préférence de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) non fritté.Cette couche constitue une couche de protection qui, même sous l'influence thermique du métal liquide, ne dégage pas des quantités notables de gaz, mais qui est à même d'évacuer le long de la paroi de la coquille, vers l'extérieur, les gaz qui sont libérés du métal fond@ lors de son refroidissement et, par la bonne conductibilité thermique de la couche, de refroidir rapidement le métal fondu afi@ d'obtenir une texture fine. Il s'est avere que cette élimination rapide de la chaleur comporte l'avantage que, lors de la coulée, il se forme rapidement une couche métallique solide qui @imite le diga- gement gazeux sur la couche externe de la pièce coulée.Des gaz qui se forment au cours du refroidissement ultérieur de la pionce coulée ne peuvent donc pas s'échapper vers l'intérieur à travers le métal et ne peuvent pas gêner la formation d'une texture régu- lière de sorte que des boursoufflures traversantes sent évitées de façon efficace. Cependant en tout premier lieu, le pr@cédé selon l'invention améliore sensiblement ta qualite de la pièce coulée. On obtient en particulier une texture régulière, te qui permet de réduire à un minimum la surepaisseur d'usinage. par exemple à lmm seulement à l'extérieur. Par suite de l'évacuation rapide de la chaleur de la masse fondue qui a ete mentionnée. le temps de refroidissement des pièces coulées par centrifugation d'épais seur de la paroi inférieure à 30 mm est reduit à tel point que, @contrairement aux procedes connus à ce pour, il ne et v avoir de formation notable d'oxydes sur la face interne de la pièce coulée.De ce fait, la surêpaisseur d'usinage sur la face interne peut être fixee à 1 mm pour des épaisseurs de pars allant jusqu'à 15 mm et à 2-3 mm pour des épaisseurs de paroi allait jusqu'l 30mm. Par les faibles surépaisseurs sur le côté externe et sur le côté interne, il a été possible de réaliser des pièces brutes de coulée par centrifugation d'une épaisseur de paroi minimum de 9mm, de façon economique et avec une haute précision dimensionnelle@ Cette grande précision dimensionnelle des pièces brutes0 qui atteint dans le procédé selon l'invention + 0,2 mm sur ltexterieur et ±0,5 mm sur l'intérieur, conduit a des operations de finition plus simples et de ce fait moins onéreuses, tant en ce qui concerne les operations de tournage qu'en ce qui concerne les déchets en copeaux. Mais les qualités techniques des pièces sont également améliorées par rapport aux procédés connus. L'utilisation de la suspension d'oxyde de zirconium en tant qu'enduit permet, de par ses propriétés, de maintenir la température de la coquille relativement basse. Comme il n'y a pas de d-ifficulté pour refroidir intensivement par de l'eau la coquille pendant la coulee et après la coulée, on peut également maintenir a température relativement basse la face interne de la coquille Il en résulte, en tenant compte de la faible isolation thermique de la couche d'enduit formee par l'oxyde de zirconium, une solidification particulièrement rapide de la masse fondue et comme conséquence de ces facteurs, une élévation des qualités techniques des pièces brutes, en premier lieu de leur resistance a la traction,-de l'allongement a la rupture et de la dureté Brinell, les augmentations atteignant jusqu'a 20 t des valeurs actuellement valables pour des pièces coulées par centrifugation (Normes DIN 1705 et DIN 1709). Un autre avantage du procedé selon l'invention réside dans la duree d'utilisation sensiblement accrue de la coquille. Ceci est particulièrement valable lorsque la suspension est appliquée sur la coquille préchauffée et si, selon l'invention, le métal fondu est introduit simultanement sur toute la longueur de la coquille enduite de la suspension. De ce fait non seulement, il est possible de remplir la coquille plus rapidement mais encore de la remplir plus régulièrement de sorte que l'action de la chaleur est sensiblement uniforme sur toute la longueur de la coquille et que des tensions thermiques entraînant des dommages dus au vieillissement precoce de la coquille sont évites. Il est connu par la demande de brevet allemand publiée nO BT-OS 2 343 174 d'utiliser pour des revêtements réfractaires de récipients pour métaux fondus, un matériau difficilement fusible dont les constituants chimiques sont SiO2, A1203, ZrO2 et du silicate de soude, la teneur en eau se situant approximativement entre 3 et 10 X. On cherche à obtenir des -propriétés thixotropiques et, par des vibrations, on rend le matériau difficilement fusible liquide, malgré sa faible teneur en eau.Abstraction faite des difficultés qu'oppose un tel materiau à son application sur la paroi d1un récipient, il se forme une couche isolante au point de vue thermique qui a précisément pour but de maintenir chaud le métal fondu dans le rêcipient. La faible teneur en eau et la granulométrie relativement importante du matériau utilisé rendent impossible la réalisation d'une suspen son selon l'esprit de l'invention, d'autant plus que le matériau selon ce procédé connu est immédiatement dur lorsqu'il n'est pas soumis à des vibrations. Il est egalement connu par le brevet français 1 027 534 de revêtir une coquille réfractaire de coulée par centrifugation, destinée à la coulée de fer ou d'acier, d'oxydes métalliques par exemple d'A1203, mélangés à des constituants non metalliques. Entre la coulée par centrifugation de la fonte ou de l'acier et la coulee par centrifugation du cuivre et de ses alliages, il y a cependant des differences essentielles. L'expe- rience a montré que les revetements de coquille connus pour la fonte et l'acier ne donnent pas les résultats escomptés pour le cuivre et ses alliages, en particulier le bronze, ce qui devrait être imputable aux exigences formules au début de la description. De ce fait, il n'y a rien à transposer à propos des revetementsmentionnes ci-dessus, qu'il s'agisse des recipients de transport ou des coquilles de coulée par centrifugation de fonte ou d'acier, pour la coulée par centrifugation du cuivre et de ses alliages. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on opère de façon telle qu'au cours de l'introduction de la suspension, la coquille tourne autour de son axe à une vitesse moindre que celle à laquelle elle tourne au cours de l'introduction du métal fondu. Le motif en est qu'à une vitesse de rotation relativement faible, on obtient le plus facilement une réparti ton régulière favorable de la suspension sur la face interne de la coquille; alors qu'au cours du remplissage de la coquille, il est souhaitable d'operer à des vitesses moyennes. Jusqu'à la repar- tition complète du métal fondu dans la coquille, il se produit des balourds qui, aux vitesses moyennes, peuvent encore etre maintenus dans des limites acceptables. I1 est connu par le brevet allemand délivré DT - AS 1 028 296 de laisser la coquille immobile pendant l'appli cation du revêtement avec utilisation d'une buse de pulvérisation. 11 s'agit dans ce cas de l'application d'un materiau d'isolation thermique tel que le "Kieselguhr" (terre de diatomées), avec de l'argile ou de la bentonite comme liant, la coquille étant desti nee à la production de corps en fonte par coulée à centrifugation, d sorte que les mesures que comporte ce procédé ne sont également pas applicables sans autres adaptations à la coulée par centrifu gation du cuivre ou de ses alliages. Comme on l'a déjà mentionné, la conductibilité ther mique de la couche dans le procédé selon l'invention, peut être accrue par le choix d'une épaisseur de couche faible, en particu lier une épaisseur de couche d'environ 0,1 --0,3 mm, ce qui est nettement inferieur aux epaisseurs de couche des procedés connus enumérés ci-dessus. Il est rationnel de rendre cette couche tres régulière. Pour cette raison,il n'est pas recommandable, comme cela se pratique souvent dans les procédes connus, d'appliquer au pinceau la couche dans la coquille. On preconise par contre la rotation susmentionnee de la coquille au cours de l'introduction de la suspension. En tant que suspension, on utilise de préférence une suspension aqueuse dans laquelle le liant anorganique est de l'alumine extrèmement fine obtenue par élutriation. EXEMPLE On souhaite fabriquer, par coulée à centrifugation, une ebauche en laiton rouge selon la norme DIN 1705,~avec une composition du metal fondu Gz-Rg 7, de 162 mm de diamètre exté 'rieur, de 138 mm de diametre intérieur et de 660 mm de longueur destinée a un palier lisse d'un diamètre extérieur de 160 mm et de 140 mm de diamètre intérieur. La coquille en acier en position horizontale est préchauffée à environ 1500C ; on la fait tourner lentement à environ 300 tours/minute et on applique sur sa face interne une suspension aqueuse d'oxyde de zirconium renfermant de l'alumine ultra-fine en tant que liant anorganique, jusqu'à ce qu'une couche d'environ 0,2 mm se soit formée.Après fermeture de la coquille, un dispositif de coulée est fixé au centre, l'orifice d'écoulement de l'entonnoir de coulée étant proportionne en fonction de la masse à couler, son diametre étant de 28 mm. A l'entonnoir de coulée est raccordee une gouttière de coulée qui pénètre des deux tiers de la longueur de la coquille et sensiblement a l'horizontale à l'intérieur de cellewci. Au moyen de ce dispositif de coulée, le métal fondu chauffé à plus de de 1150 C est introduit avec augmentation de la vitesse circonférentielle de la paroi interne de la coquille à 7 m/sec, de telle sorte que l'entonnoir de coulée reste rempli de métal fondu à une hauteur de niveau de bain d'environ 200 mm, ce qui assure un passage constant et une répartition régulière du metal fondu dans la coquille par l'inter mediaire de la gouttière. Le temps de cou-lée n'est que de 4 sec. Par la suite, le dispositif de coulée est enlevé et on refroidit la coquille avec de l'eau. L'ébauche solidifiée est alors sorti-e de la coquille. Par la faible surépaisseor de seulement 1 mm, tant à l'extérieur qu'à l'intérieur, le palier peut être termine par tournage en une seule pas-se. Le tableau suivant fait apparaitre l'amélioration des caracteristiques techniques par comparaison avec les valeurs de la norme exigées. Selon la norme Selon le procé Resistance à la traction DIN 1705 pour dé de l'inven Gz-Rg7 t-ion (Kp/mm2) 30 32 Allongement de rupture (X) 20 25 Durete Brinell (Kp/mm2) 85 95 L'invention se prête particulierement à la coulée en coquille, c'est-à-dire pour des formes de pieces à utilisations rrepetees notamment des pièces d'usage, en cuivre et en ceux des alliages de cuivre dans lesquels le cuivre est un constituant notable ou le constituant principal. REVENDICATIONS 1. Procédé de revêtement d'une coquille de coulé-e par centrifugation, destinée à la coulée de cuivre ou de ses alliages, dans lequel, avant l'introduction du metal fondu dans la coquille, on applique une suspension de matériaux pulvérulents sous forme de couche mince, caractérise en ce que, pour constituer une couche conductrice de la chaleur et permeable aux gaz, on utilise pour la suspension de l'oxyde de zirconium (ZrO2) et un liant anorganique. 2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que, comme liant anorganique, on utilise du AI203 non fritté. 3. Procéde selon les revendications 1 ou 2, caractérise en ce qu'on met en oeuvre une suspension aqueuse d'oxyde de zirconium (ZrO2) finément granule et d'alumine (Al203) uittra fine. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sus pension est appliquée en épaisseur de couche uniforme sur la paroi interne de la coquille. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce que la suspension est appliquée sous une épaisseur de couche de 0,1 à 0,3 mm sur la paroi interne de la coquille. 6. Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pendant l'introduction de la suspension, on fait tourner la coquille autour de son axe avec un nombre de tours qui est plus petit que le nombre de tours utilisé au cours du remplissage de la coquille par le métal fondu. 7. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que la suspension appliquée dans a coquille est préchauffée, de préférence à environ 500C.