Brevet FR2604644A1 — publié le 19880408

La présente invention concerne un procédé de re- froidissement accéléré de pièces moulées en fonte à la suite de la1 solidification, qui peut être utilisé dans toutes les installations de fonderie. La phase centrale du procédé de fabrication de pièces moulées est la formation ducorps moulé, o le mé- tal liquide est amené à la forme appropriée en correspon- dance avec la géométrie du moule et est transformé, par éva- cuation de chaleur, en un corps solide et conservant sa forme. Le déroulement du processus dans la zone de coulée est déterminant pour la capacité de la fonderie, il dé- finit les conditions de transmission des matières et de la chaleur dans les installations technologiques de moulage et de coulée disposées en amont et en aval et il. a permis d'obtenir de grandes vitesses de fabrication et des capacités correspondantes de production dans des fon- deries modernes. Les longueurs des trajets de refroidisse- ment des installations de moulage sont déterminées à par- tir du produit du temps nécessaire de refroidissement du corps moulé individuel, du nombre d'écoulements dans le moule et de la dimension de longueur du moule. Lorsqu'on maintient les conditions de transmission de chaleur entre le corps moulé et le moule, une augmentation des vitesses de fabri- cation provoque un allongement proportionnel des trajets de refroidissement. Il en résulte, en ce qui concerne la technique des installations, des solutions coûteuses en correspondance. A la fin de la solidification, le moule a rempli sa fonction primaire de création de forme. Au bout d'un temps, déterminé technologiquement, après la fin de la solidification, on sépare la pièce moulée du moule. Apres la séparation, il se manifeste d'autres conditions d'éva- cuation de chaleur qui sont difficiles à satisfaire dans la plupart des cas. La vitesse d'évacuation de chaleur pouvant être obtenue techniquement est limitée par deux critères: 1. Les différences de température résultant des diffé- rentes épaisseurs de paroi d'une pièce moulée ne doivent pas être trop grandes, pendant le refroi- dissement, car il pourrait en résulter des con- traintes trop élevées et, dans un cas extrême, une déformation ou des criques de tension. 2. Dans le cas de transformations de structure cris- talline à l'état solide, on ne doit pas produire des augmentations de dureté inadmissibles. Sur la base d'expériences, on opère la plupart du temps eten pratique dans des fonderies de telle sorte que des pièces moulées sensibles aux tensions et aux criques restent le plus longtemps possible dans le moule, ce qui est le cas par exemple pour des pièces moulées en GGL jusqu'à des températuresinférieuresà 300 C. Les grandeurs des contraintes internes dans une pièce moulée sont fonc- tion de sa forme et de son régime de refroidissement. Pour des pièces de formes compliquées, il se produit éga- lement, lors du refroidissement dans le moule, jusqu'à des températures inférieures à 300 C, encore des con- traintes internes importantes. Dans des cas extrêmes, les contraintes internes sont sensiblement réduites par un recuit d'élimination de tensions effectué à la suite. De nombreuses tentatives ont été faites pour réduire les temps de refroidissement, notamment pour des pièces moulées formées de matériaux à base de fer et de carbone (Ruehl R. et al.: brevet DD-141123, DE-OS 3100028; Hilgeroth, DE-OS 3323839). Les solutions proposées sont basées sur un re- froidissement accéléré de pièces moulées en matériaux à base de fer et de carbone à des températures inférieures à 600 C, pour éviter une augmentation des contraintes internes et des augmentations de dureté. Dans le cas du brevet Ruehl, une pièce moulée et un moule sont séparés aussitôt après la transforma- tion eutectoide. Dans le cas du brevet Hilgerroth, la séparation moule-pièce moulée est effectuée à des tem- pératures supra-eutectoides mais ensuite il est cepen- dant effectué un refroidissement contrôlé, qui se dé- roule lentement jusqu'à la fin de la transformation eu- tectoide et qui est ensuite accéléré. Du fait de l'allure de refroidissement de parties assez minces de lapièce moulée, la transformation eutectoide se déroule pour celles-ci bien plus rapidement que pour les parties plus épaisses. Cela conduit, lors d'un refroidissement classique de la pièce moulée dans le moule et également pour les modes opératoires proposés par Ruehl et Hilgerroth, au fait que les parties les plus minces d'une pièce mou- lée possèdent la plus grande dureté et les parties les plus épaisses la plus faible dureté. L'invention a pour but de permettre d'obtenir, lors durefroidissement de pièces moulées à la suite de la solidification, un raccourcissement du processus tout en améliorant la qualité de la pièce moulée. L'invention a pour but de créer un procédé qui, avec unmodeopératoire classique, permet un raccourcis- sement important du temps de refroidissement et une dimi- nution de la longueur de trajet de refroidissement de fonderies modernes tout en réduisant simultanément la dispersion, lors de la formation de la struc- ture cristalline de la matrice métallique, de dureté et d'usinabilité ainsi que la grandeur des contraintes internes. Conformément à l'invention, le problème est résolu en ce que lapièce moulée, immédiatement après que la température de solidus a été dépassée par défaut dans sa paroi la plus épaisse, est séparée du moule et est ensuite immédiatement soumise à un régime de refroidis- sement contrôlé. A cet effet, la pièce moulée est refroidie à une vitesse accrue (18-20 K/min) dans.un écoulement d'air et aussitôt que la température dans laparoi la plus épaisse a atteint la plage de températures corres- pondant à la transition entre le comportement principa- lement plastique et le comportement principalement élas- tique du matériau, qui correspond à des températures com- prises entre 700 et 700eC, dans le cas d'alliages Fe-C, cette pièce moulée est chauffée de la façon la plus ra- pide possible jusqu'à des températures situées dans la zone inférieure à la transformation eutectique. On choisit des temps de chauffage inférieurs à 5 minutes et on obtient alors un équilibre de température entre les parties minces et épaisses de la pièce moulée, ou bien des températures supérieures dans les parois minces. Aussitôt après l'atteinte de la plage de tem- pératures inférieures à la transformation eutectoide, un refroidissement rapide de la pièce moulée (70-90 K/min) est effectué jusqu'à la température de manipulation ou ambiante. Avec le procédé conforme à l'invention, on peut obtenir les avantages suivants: - le temps de refroidissement par rapport à des techno- logies classiques peut être réduit d'environ 10 %, - les tensions résiduelles, par comparaison au refroi- dissement dans le moule jusqu'à 100 C, peuvent être réduites de 50 %, c'est-à-dire jusqu'à des ordres de grandeur qui ne pourraient être obtenus autrement qu'au moyen d'un recuit additionnel d'élimination de contraintes, - pour des matériaux moulables à base de Fe-C, du fait de l'accélération de la transformation eutectoide dans les parois épaisses de la pièce moulée, la for- mation de la structure cristalline métallique est ana- logue pour les parties épaisses et pour les parties minces de la pièce moulée et, en conséquence, des différences de propriétés mécaniques, notamment de dureté, et par conséquent d'usinabilité, sont réduites. L'invention va être décrite de façon plus dé- taillée dans la suite à-l'aide de l'exemple de réalisation suivant. Des pièces moulées ayant la forme d'un cadre de serrage ont été moulées dans des moules à partir de GGL 25. Après que la température de la pièce moulée est descendue en dessous de la température de solidus, la pièce moulée a été séparée du moule à une température d'environ 100 C. Lors d'un refroidissement classique dans le caisson de moulage, la température pouvant être techno- logiquement obtenue dans la partie épaisse de la pièce moulée a atteint au bout de 95 minutes la valeur d'environ 400 C. Après la séparation du moule et de la pièce moulée, la vitesse de refroidissement a été augmentée jusqu'à environ 2,0 K/s au moyen d'un jet d'air d'une capacité d'environ 0,4 K/s. Apres équilibrage de température entre les parties minces et épaisses de la pièce moulée, qui a été atteint par un chauffage le plus rapide possible de la pièce moulée jusqu'à des températures inférieures à la température eutectoide dans un four de recuit, on a effectué en outre un refroidissement accéléré. Ce re- froidissement accéléré jusqu'à la température ambiante a été effectué à une vitesse de refroidissement d'environ 13 K/s dans de l'eau contenant 1 % d'"Aqua-Plast". Le temps total de refrdidissement a été ainsi réduit à environ 10 minutes. Dans la pièce moulée refroidie conformément à l'invention, la contrainte interne a été réduite de 7,0 MPa dans une section de 20 mm tandis que, dans une section de 40 mm, la décroissance des contraintes internes s'est élevée à environ 8,0 MPa. La différence de dureté entre la section de mm et la section de 40 mm a été réduite de 37 HB à 7 HB avec le refroidissement conforme à l'invention. L'abréviation GGL désigne une fonte grise à graphite lamellaire. L'indice 25 représente la résistance à la traction exprime en Kg/mr2 traction exprimée en Kg/mr, uoTqTsueaq el ? quepuodseaioo s@n z a p a5eld eI go 9qUTa;q, 1 ap sioi -'saqtnoiU- seaod saI anb a. ua ' -UT=U/' OZ 91 ap ainIIe aun e STpToaX1 -Uos sella afnsuea qa assWe^ snld lt Tozxed PT suvp 3negp 2ed agssedap 9 p SnOTIOS ap azn S; enaI qnB sazdle qua'!p " llnow np sagiedas qxuos saInow saîoad sap anb ao uLa 9sTz2iezele 'uo îtoeDTJpT[os el ap a;Tns el 'saglnow saCQTd ap gli oDoe quaneass!pTot;al ap gpgoo:a NOIDIaNA\a 9N10 I0eD 9 S:7.3