Brevet FR2472615A1 — publié le 19810703

La présente invention a pour objet le dégazage sous vide des alliages d'aluminium et sa régulation. On sait que les alliages d'aluminium dissolvent des gaz en particulier de l'hydrogène.. Ces gaz étant moins solubles dans le métal solide que dans le mé- tal liquide, peuvent se dégager lors de la solidification et donner des micro- iorosités. Pour diminuer la teneur en gaz et essentiellement en hydrogène des allia- --es d'aluminium on peut: - ou effectuer un dégazage chimique par l'introduction dans le métal de produits qui, en se décomposant, donnent un élément susceptible de se combiner avec l'hydrogène (en général Cl2 pour donner HCl, le chlore étant sous forme de chlore naissant). - ou effectuer un dégazage physique par un barbottage de gaz (azote, argon, chlore en général); la pression partielle de l'hydrogène dans la bulle de gaz -, barbotteur étant inférieure à celle du métal, l'hydrogène du métal diffuse dans la bulle. - ou effectuer un dégazage sous vide. Le métal est introduit dans un four étanche sur lequel on fait le vide ou on pose sur le creuset un couvercle et on fait le vide sous celui-ci. Les niveaux de vide résiduels sont de 1 à 30 mil- 2^ 1i1ars. Le vide est arrêté après un temps tel que la solidification sous vide, après opération, d'un lingotin prélevé dans le métal, soit satisfaisant (con- cavité de la surface, mesure de la densité, tranche radiographique). Si le résultat est non satisfaisant, on reprend le dégazage. Dans la présente invention le dégazage sous vide est conduit pour attein- dre les objectifs suivants - obtenir dans trois premières phases des vitesses de dégazage déterminées. - obtenir dans une 4e phase, phase finale de maintien, une pression partiel- le déterminée. - réguler par un automatisme ces phénomènes. - avoir une agitation de la masse du métal. - ne pas détruire la modification du silicium dans le cas des alliages siliciés. Il est apparu en effet que le dégazage, exprimé par la pression partielle d'hydrogène dans le métal en fonction du temps, doit s'effectuer selon le schéma figure I. PHASE I.- Dégazage à vitesse lente V1 pour éviter tout bouillonnement conduisant à la création d'oxydés dans cette phase o la pression dans l'en- ceinte laisse subsister dans l'atmosphère au-dessus du métal une pression partielle d'oxygène trop importante. 4C Ce phénomène entraînerait également la disparition du sodium introduit - 2 È 2472615 pour assurer la modification de la forme du silicium de l'alliage dans le cas des alliages siliciés. PHASE II.- Quand on atteint une pression partielle d'hydrogène P2 dans le métal, application d'une vitesse rapide de dégazage V2 jusqu'à obtention d'une pression partielle P3, le bouillonnement ayant été évité par le passage de Pl à P. PHASE III.- Quand on atteint une pression partielle d'hydrogène P3, ap- Dlication d'une vitesse lente Y3 jusqu'à la pression P4 afin de permettre en- suite l'établissement d'une vitesse nulle. PHASE IV.- Quand la pression partielle d'hydrogène est P4, établissement d'une vitesse nulle pour conserver dans.le métal une pression d'hydrogène ré- siduelle. Il est en effet apparu qu'avec une teneur trop faible en hydrogène dans le métal, des défauts apparaissent au cours de la solidification caractérisés par une localisation au lieu d'une dispersion sous la forme généralement de retassures marquées dans des rayons de raccordement ou dç criques. REALISATION. La réalisation comprend selon figure II -___ 1) UN FOUR étanche (1) assurant de préférence le chauffage par induction pour maintenir une température (en général voisine de 750 C) et assurer des mouvements de la masse de métal liquide pour renouveler les couches en contact avec le vide. Le four comprend ou contient - l'inducteur (2) - le creuset (3) - le métal (4) - le couvercle (5) - le joint (6) résistant à des températures de l'ordre de 3000C (polymère à base de silicone de préférence) protégé de l'atmosphère du four par des bri- ques isolantes. - le thermocouple (7) permettant d'assurer l'enregistrement de la tempéra- ture et sa régulation par l'enregistreur-régulateur (8) qui commande le cir- cuit de l'inducteur (9). 2) UN CIRCUIT DE VIDE comprenant - la prise (9) dans le four. - le réfrigérant (10). par exemple à eau. - les filtres (11) pour neutraliser les produits qui peuvent subsister sous forme de flux dans le métal ou'sur les parois du creuset. - - un réservoir (18) 4C - une pompe à vide (19) branchée sur ce réservoir. - un ensemble de mesure et de régulation de vide dans le réservoir (18) par: - l'indicateur de pression 20 - le pressostat régulateur 21 qui commande la pompe, le vide dans le réservoir étant par exemple de l'ordre de 2. millibars. - une vanne automatisée (22) mettant le réservoir en communication avec le four - un robinet 23 permettant d'isoler le four. 3) UN SYSTEME DE MESURE ET DE REGULATION comprenant: i' - une électrode à dosage d'hydrogène immergée 14. - un enregistreur de pression partielle d'hydrogène 16. - un pilote 17 régulant la vanne (22). Le pilote comprend par exemple: un ensemble entrées-sorties 1- un ensemble calculateur un ensemble mémoires - peut être construit autour de microprocesseurs et d'horloges électroniques. -ENSEMBLE ENTREES-SORTIES. Il y est introduit les paramètres de la courbe e base figure I: 2 a) PRESSIONS P2 fin de la phase I P3 II P4 III b) VITESSES V1 pour la phase I V2 II V V3 III. c) l'UNITE DE TEMPS DE MESURE de pression partielle: AT -ENSEMBLE CALCULATEUR - recoit l'indication de variation réelle de pression partielle dans le temps T soit APR 3C - calcule la variation théorique de pression partielle à obtenir dans le même temps AT soit AP par la relation: T APT = V. AT - compare APR et APT - commande - la fermeture de la vanne automatisée (22) si APR > APT - l'ouverture de la vanne si APR Le principe de la régulation est représenté par le schéma figure III. Le pilote peut recevoir ses informations de plusieurs fours à vide et les r guler comme le premier à partir des vannes automatisées 24, 25, etc. j' 2472615 -ENSEMBLE MEEMOIRES Il peut recevoir toutes les indications d'entrées sans passer par l'affi- chage, les paramètres étant mis en mémoire pour - chaque type d'alliage - chaque dimension de creuset. L'obtention du vide optimal est alors commandé par ces deux seuls paramètres. -UTILISATION DE L'APPAREILLAGE Les courbes donnant la pression partielle d'hydrogène en fonction du temps sont enregistrées et comparées lors de la mise au point aux résultats 1C de 2 tests significatifs: ____ 1) Un lingotin de métal est prélevé dans le creuset 3 figure III par une capsule d'acier (26) selon figure III. Il est solidifié sous 2mi'.libars en bran- chant l'enceinte (27) o il va se solidifier sur le réservoir 18. L'enceinte est munie d'un couvercle de verre (28) à travers lequel on peut 1- suivre la solidification. On note - le temps d'apparition des lères bulles - la concavité de la surface - la densité du lingotin. ^-0 _ 2) UNE PLAQUE A GRADINS de 200 mm par 200 mm par exemple selon figure IV constituée de gradins d'épaisseur variable de 20. 16. 12. 8. 4 mm par exemple est coulée dans un moule en sable de préférence en basse-pression. La plaque est examinée en radiographie. Un métal satisfaisant doit condui- re avec un alliage AS7606 par exemple à des microporosités de rang O en clichés ASTME155 pour le gradin 4 mm g 2 12.16.20 une dégradation éventuelle de la modification du silicium ne devant-apparaitre que dans le gradin de 20 mm. Les caractéristiques mécaniques des différents gradins sont par ailleurs comparés aux profils des courbes. Les courbes optimales à mettre en mémoire pour les différents alliages peuvent être déterminées par exemple par ces tests. -ALIMENTATION DU FOUR. -q5 Le four peut être alimenté en métal à partir du four de fusion par pompe, électromagnétique par exemple. De même pour l'évacuation du métal après le déga- zage sous vide, par exemple vers le creuset d'une machine Basse-Pression. 2 4 726 15 REVENDICATIONS 1) Procédé d'automatisation d'un cycle de dégazage sous vide d'alliages d'aluminium caractérisé par: - la décomposition du cycle de dégazage en cycles de base - la détermination des paramètres de dégazage attachés à ces différentes phases dans le stade de mise au point par enregistrement des cycles et établis- sement des corrélations existant entre ces enregistrements et les propriétés d'un lingotin solidifié sous vide et celles d'une éprouvette présentant des gradins d'épaisseurs différentes. - la régulation du vide de manière à assurer la concordance entre les para- mètres retenus et ceux réellement obtenus lors du déroulement du cycle de dé- gazage. 2) Procédé d'automatisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cycle de dégazage comporte 4 phases de base: PHASE.I.- Le métal passe d'une pression partielle d'hydrogène P1 origine à une pression inférieure P avec une vitesse de dégazage fixée, lente, V 2 i' PHASE-II.On passe de la pression partielle P2 à une pression P à une 2 3 vitesse V2 plus rapide que V1, et fixée. PHASE III.- On passe de la pression P3 à P4 avec une vitesse V3 fixée, lente. PHASE IV.- On maintient le métal avec une vitesse de dégazage nulle, avec une pression partielle d'hydrogène P4. 3) Procédé d'automatisation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il consiste à déclencher la phase par-une électrode 2È de dosage immergée dans le métal. 4) Procédé d'automatisation'suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il consiste à associer à l'ensemble un four de chauffage à induction. ) Dispositif destiné à réaliser le procédé d'automatisation décrit dans -0 l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par - un ensemble entrées-sorties qui transforme les indications données sous forme numérique pour les paramètres du cycle de dégazage. - un ensemble calculateur capable de transformer la vitesse de dégazage en variation de pression partielle théorique et de réguler la pression dans l'en- ceinte du four pour obtenir une variation identique à celle demandée à partir des indications de la courbe type mises dans un ensemble mémoires. 6) Dispositif d'automatisation selon la revendication (5) caractérisé en ce qu'il est constitué comme un appareil autonome à partir de composants tels que zones codeuses, microprocesseurs, mémoires pour lui donner les caractéris- 4O tiques d'un appareil d'atelier. 7) Dispositif d'automatisation selon l'une quelconque des revendications -6 caractérisé par le fait qu'il régule plusieurs fours. 8) Dispositif d'automatisation selon l'une quelconque des revendications à 7 caractérisé par le fait que les différents fours sont raccordés à un même réservoir sous vide. 9) Dispositif d'automatisation selon l'une quelconque des revendications à 8 caractérisé par la régulation de la température du métal à un niveau qui est celui du maintien avant coulée ou transvasement ou celui de l'une de ces deux opérations.