Brevet FR2679161A1 — publié le 19930122

PROCEDE ET MOULE DE COULEE POUR AMELIORER LA FINESSE DE GRAIN DE PIECES METALLIQUES MOULEES La présente invention concerne le domaine de la réalisation de pièces d'ouvrages ou de lingots, en métal coulé dans des empreintes ou de cavités de moulage délimitées par des moules en sable. La technique de réalisation de pièces par coulée, dans des moules réalisés en sable à vert ou en sable chimique, est bien connue. Les pièces obtenues donnent, généralement, satisfaction par le caractère reproductible de leurs caractéristiques dimensionnelles, ainsi que par l'homogénéité de la matière première les constituant. Il peut être considéré que, dans les procédés de coulée actuels, lorsque toutes les conditions opératoires sont réunies et impliquées de façon constante, les pièces obtenues sont de qualité aussi constante, en présentant ungrain aussi constant, dépendant de la composition de la matière en fusion qui est coulée. Il a été constaté, par ailleurs, qu'avec les procédés connus il était difficilement possible de réaliser des pièces à même de présenter des grains différents, en fonction des caractéristiques d'utilisation retenues. Or, il apparaît qu'un besoin se fait sentir de pouvoir réaliser des pièces par La technique de coulée en sable, qui sont susceptibles de présenter des caractéristiques métallurgiques différentes, en fonction de l'application visée, bien qu'il soit fait recours, pour Les constituer, à un alliage métallique de même composition. En d'autres termes, il serait utile de pouvoir disposer d'un procédé qui permette, à partir d'une composition ou d'un alliage métallique déterminé, d'obtenir des pièces présentant, soit Localement, soit entre elles, des finesses de grains différentes leur conférant, par voie de conséquence, des caractéristiques métallurgiques différentes, telles que celles de dureté notamment. L'objet de L'invention est de proposer un nouveau procédé et un nouveau matériel permettant, justement, de résoudre Le problème posé. La proposition selon L'invention part de L'idée qu'il serait souhaitable de pouvoir agir sur la température du moule, de manière à pouvoir privilégier l'augmentation de la vitesse de germination au détriment de la vitesse de croissance des grains, d'une manière régulée ou régulable, de façon à pouvoir obtenir, sur la pièce coulée, une finesse de grains variable, généralement inférieure à celle procurée par un coulage traditionnel. Pour atteindre un tel résultat, le procédé de L'invention consiste à : - réaliser un moule en sable en un ou plusieurs éléments délimitant, seul ou ensemble, une ou plusieurs cavités ou empreintes négatives de moulage, - exécuter, des logements suivant, à distance et extérieurement, l'enveloppe de la cavité, - utiliser, pendant ou après la coulée, les logements en tant que sources de prélèvement et d'évacuation de calories hors du moule. Pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, L'invention concerne, également, un moule en sable caractérisé en ce qu'il - délimite, dans son épaisseur, des logements suivant, extérieurement et à distance, l'enveloppe de la cavité, - comprend des moyens aptes à prélever des calories hors de ces logements durant ou après la coulée. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de L'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation d'une première mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 2 est une coupe prise sensiblement selon la ligne II-II de la fig. 1. Les fig. 3 et 4 sont des coupes-élévations, analogues à la fig 1, illustrant deux autres variantes d'exécution. Les fig 5 à 7 montrent, de façon agrandie, les finesses de grains comparatives entre l'art antérieur et le procédé de L'invention. Les fig. 1 et 2 illustrent un premier exemple de mise en oeuvre de l'objet de L'invention pour la réalisation d'une pièce ou lingot en métal coulé, confiné dans une cavité ou empreinte de moulage 1 délimitée par un moule 2, du type en sable à vert ou à prise chimique. Le moule 2 est, par exemple, constitué par l'association de deux demi-moules 2a, 2b qui sont associés, par L'intermédiaire de leurs plans de joint se correspondant, par tout moyen connu pratiqué dans la technique. La cavité 1 est, par exemple, en relation avec un jet de coulée 3 permettant l'introduction du métal en fusion par les techniques connues. Le procédé de L'invention vise à équiper le moule 2 de façon qu'il soit possible d'augmenter, au moins localement, la vitesse de refroidissement de la masse de métal coulée dans la cavité 1, de façon que cette vitesse soit supérieure à l'absorption des calories par le moule 2. A cette fin, on délimite dans l'épaisseur du moule 2, des logements 4 qui, de préférence, s'étendant au moins sur toute la hauteur de la cavité 1. La fig. 2 montre que les logements 4 peuvent, par contre, s'étendre sur toute la largeur et/ou profondeur, comme défini par la référence ou, OU' au contraire, sur une partie de cette largeur et profondeur, comme illustré par la référence 42 Le procédé de L'invention consiste à utiliser les logements 4 en tant que sources de prélèvement et d'évacuation de calories hors du moule. Dans L'exemple illustré et pour assumer la fonction ci-dessus, les logements 4 sont garnis d'éléments d'échange, tels que des barreaux 5, pleins ou creux, réalisés en une matière bonne conductrice de la chaleur, conformés de façon complémentaire aux Logements, afin d'être, au moins partiellement sinon de préférence totalement, en contact sur toute la surfaceavec ceux-ci. Les barreaux 5 peuvent être noyés dans les demi-moules 2a et 2b en étant introduits dans les logements correspondants à partir des plans de joint se faisant face. Dans tous les cas, comme illustré en trait mixte à la fig. 1, les logements 4 sont traversants au moins pour l'un des demi-moules, par exemple le demi-moule 2b, de façon que les barreaux 5 puissent comporter une partie 6 s'étendant extérieurement au moule 2. Les parties 6 peuvent être indépendantes ou réunies entre elles pour tous les barreaux d'un même moule, afin de pouvoir être associées à une source froide 7 à partir de laquelle une extraction des calories prélevées dans les logements 4 peut être régulée. Par les moyens ci-dessus, il devient possible d'extraire des calories du moule 2, de façon plus rapide que par l'absorption générée par des moyens de refroidissement à travers la matière constitutive dudit moule. L'accroissement du dégagement des calories permet d'augmenter la vitesse de refroidissement globale ou locale de la masse de métal occupant la cavité 1. Cette augmentation de vitesse de refroidissement permet de privilégier la vitesse de germination des grains au détriment de la vitesse de croissance et fournit, en conséquence, une pièce moulée dont la matière constitutive présente globalement ou localement un grain plus fin que celui qui serait obtenu par les conditions de refroidissement traditionnelles dans un moule, tel que 2, dépourvu des logements 4 et des moyens de prélèvement des calories. Dans une variante de mise en oeuvre de l'objet de L'invention, telle qu'illustrée par la fig. 3, les logements 4 sont constitués par des évidements 4a et 4b ménagés dans les demi-moules 2a et 2b, de façon que les logements 4 soient débouchants sur deux faces opposées du moule 2. Les logements 4 sont associés à des buses 8 alimentées à partir d'une source de production ou de distribution 9 d'un fluide sous pression liquide ou gazeux. Les buses 8 sont raccordées à la source 9 par un circuit 10 contrôlé par un robinet il menant à chacune des buses. Les buses 8 peuvent être adaptées directement sur l'un des demi-moules, tel que te demi-moule 2b ou être situées à distance de ce dernier, de manière que les jets de fluide sous pression délivrés empruntent les logements 4 à l'intérieur desquels un tel fluide prélève des calories pour accroître la vitesse de refroidissement. Le fluide échauffé est évacué, naturellement ou par extraction contrôlée, à partir de la face du moule opposée à celle associée aux buses 8. Par face opposée il faut, bien évidemment, comprendre toutes les dispositions géométriques acceptables faisant intervenir une possible circulation du fluide selon un cheminement L'amenant à parcourir toute la longueur de logements 4 à L'intérieur desquels un prélèvement de calories peut intervenir. La fig 4 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les logements 4, du type décrit en référence à la fig. 3, sont réalisés pour contenir chacun une rampe 12 de distribution d'un fluide de refroidissement. Chaque rampe 12 est alimentée, à partir de la source 9, au moyen du circuit 10 contrôlé par un robinet 11. Chaque rampe 12 est, au moins partiellement, en contact de surface avec le logement 4 et présente une section locale inférieure à celle de ce dernier, de manière que des perforations 13 puissent assurer L'injection du fluide sous pression à l'intérieur du logement 4 dans lequel une circulation peut se produire pour qu'un prélèvement de calories intervienne. Dans les exemples de mise en oeuvre ci-dessus, les Logements 4 sont, dans tous Les cas, ménagés le plus près possible de la cavité 1 pour laisser subsister une épaisseur de sable compatible avec la résistance devant être offerte à la poussée métallostatique résultant de la coulée. A titre d'exemple, pour un moule en sable à vert, une telle épaisseur est choisie, au moins égale à 10 mm. La fig. 5 montre, en relation avec la norme AFNOR NF A04 102 et pour un grossissement de 25, l'indice de grain 1 obtenu sur une pièce en acier austénitique coulée selon la méthode tradionnelle dans un moule en sable chimique. Les fig 6 et 7 montrent comparativement L'indice de grain obtenu 3 ou 4 pour un même grossissement sur une pièce de même forme coulée en un même métal dans un même moule soumis, toutefois, selon l'invention, à un prélèvement de calories de x/ par heure. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Procédé pour améliorer la finesse de grains de la matière de pièces en métal coulé, caractérisé en ce qu'il consiste à - réaliser un moule en sable en un ou plusieurs éléments délimitant, seul ou ensemble, une ou plusieurs cavités ou empreintes négatives de moulage, - exécuter, des logements suivant, à distance et extérieurement, l'enveloppe de la cavité, - utiliser, pendant ou après la coulée, les logements en tant que sources de prélèvement et d'évacuation de calories hors du moule. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise les logements pour qu'ils soient distants de la cavité d'une épaisseur (au moins égale à 10 mm). 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utiliser les logements en tant que sources de prélèvement en y incorporant des barreaux en matière conductrice de la chaleur, qui s'étendent hors du moule. 4 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise les logements en tant que sources de prélèvement en y faisant circuler dedans un fluide de prélèvement de calories. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on fait circuler le fluide au moyen de rampes de distribution engagées dans les logements pour être, au moins en partie, en contact avec la paroi desdits Logements. 6 - Moule en sable pour le moulage de pièces métalliques, du type réalisé en un ou plusieurs éléments et délimitant au moins une cavité de coulage, caractérisé en ce qu'il - délimite, dans son épaisseur, des logements suivant, extérieurement et à distance, l'enveloppe (4) de la cavité (1), - comprend des moyens (5) aptes à prélever des calories hors de ces Logements pendant ou après la coulée. 7 - Moule selon la revendication 6, caractérisé en ce que les logements sont distants de l'enveloppe de La cavité d'une épaisseur, au moins égale à 10 mm. 8 - Moule selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les logements contiennent des barreaux en matière conductrice de la chaleur et qui s'étendent hors du moule. 9 - Moule selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les logements sont pourvus de moyens de raccordement à une source (9) de fourniture ou de distribution d'un fluide de prélèvement de calories. 10 - Moule selon la revendication 7 ou 9, caractérisé en ce que les logements contiennent des rampes distributrices (12) qui sont en métal conducteur et qui sont, au moins en partie, en contact avec La paroi des logements.