Brevet FR2685914A1 — publié le 19930709

NOUVELLE FONTE POUR MOULE DE VERRERIE, MOULE EN FAISANT APPLICATION ET PROCEDE D'OBTENTION D'UN TEL MOULE La présente invention est relative au domaine de L'obtention de contenants en verre moulé, à partir de paraisons de verre en fusion, à l'intérieur de moules par le procédé dit soufflé-soufflé ou pressé-soufflé, indifféremment. La production de contenants en verre selon l'un ou L'autre des procédés ci-dessus, consiste à conformer une raison de verre en fusion dans L'empreinte négative d'un moule qui est généralement constitué par deux demi-moules assemblés suivant un plan de joint diamétral et par au moins un moule de fond, voire un moule de bague. Les différents éléments contitutifs d'un moulue de verrerie sont réalisés en fonte et doivent présenter des caractéristiques particulières qui sont déduites du procédé de moulage en verrerie faisant intervenir des températures relativement élevées et des cadences de production intenses. C'est pour respecter ces conditions que, dans le domaine de la verrerie, il est imposé de réaliser les moules en fontes globalement ou totalement purement ferritique, qui sont connues pour leurs bonnes propriétés de résistance aux contraintes thermiques et, plus particulièrement encore, pour leur aptitude à évacuer Les calories admises ou transmises Lors du processus de fabrication. Si des fontes ferritiques permettent de maîtriser un maintien en température optimal, en revanche, il s'avère qu'eLLes ne permettent pas de conférer aux moules des caractéristiques de résistance mécanique convenable et durable. En effet, les fontes ferritiques sont réputées pour être peu résistantes et pour posséder une dureté BrineLL relativement faible, voisine de 140. Les nouvelles techniques de moulage imposent aux moules de verrerie des contraintes thermiques et mécaniques intenses qui ont pour résultat une abrasion rapide des arêtes de L'empreinte de moulage et, plus particulièrement, de celles délimitant le plan de moule ou le plan de joint entre le corps de moule proprement dit et Les mouLes de fond ou de bague. Un tel phénomène d'abrasion est bien connu, puisque, en règle générale, un moule de verrerie, pour la production de flacons ou de bouteilles, fait l'objet d'un démontage périodique fréquent, à fins de réfection. Les moules de verrerie connaissent ainsi des cycles successifs d'utilisation entre lesquels ils subissent des opérations de réfection consistant à reconstituer le moule localement par apport d'un métal résistant, en vue de reformer les arêtes et de leur conférer une meiLleure résistance à L'abrasion. Le métal d'apport est généralement un alliage à base de nickel apporté et rechargé localement par fusion avec chauffage préalable de l'ensemble du moule. La technique de rechargement par apport thermique implique de soumettre L'ensembLe du moule à un préchauffage aux environs de 400 à 5000 C, puis ensuite d'apporter localement, une charge d'alliage de nickel qui doit ensuite faire l'objet d'un usinage mécanique pour reconstituer le moule dans les cotes originelles. On conçoit qu'une telle opération de réfection est longue, coûteuse et délicate à mener, en raison de la nécessité de conduire avec précision un traitement de chauffage et d'apport de métal en fusion, un tel traitement possédant différents inconvénients. Tout d'abord, le procédé de réfection-rechargement fait apport d'un alliage de métal qui possède des caractéristiques de dilatation et de conductibilité thermique différentes de la fonte. Ensuite, le chauffage imposé localement pour le rechargement produit des changements de structure localisés qui contribuent encore à accroître le caractère hétérogène du moule traité. Par ailleurs, le chauffage déforme localement L'empreinte du moule et exige un réusinage précis pour reconférer à cette empreinte les caractéristiques dimensionnelles initialement recherchées. Ces inconvénients ont pour conséquence une mauvaise répartition de la masse de verre lors de la phase de soufflage, notamment, et la production de contenants non conformes. Une autre conséquence est le vieillissement prématuré des mouLes. Un autre inconvénient de La technique de réfection consiste en ce quelle implique d'être mise en oeuvre par un personnel hautement qualifié, afin de préserver au mieux la structure fondamentale de la fonte et de réaliser un apport localisé juste nécessaire et intimement lié. Jusqu'à présent, il est considéré, par les professionnels du moulage en verrerie, que seules les fontes ferritiques sont acceptables pour la constitution des moules de verrerie. Il est, en effet, généralement considéré que des fontes, à structure partielle perlitique non stabilisée, se transforment, à partir d'une montée en température de l'ordre de 3750 C, en structure ferritique produisant un gonflement de la fonte qui déforme L'empreinte du moule. Or, la température, supportée par les moules de fonderie en cours d'utilisation, est généralement de L'ordre de 5000 C, de sorte qu'à coup sûr une transformation de la structure de la fonte perlitique intervient avec Les conséquences ci-dessus. C'est la raison pour laquelle on a recours à des fontes ferritiques impliquant un rechargement local périodique et fréquent des moules de verrerie. La présente invention part de la constatation surprenante que des fontes de structure partiellement perlitique stabilisée peuvent, contrairement à ce qui est estimé par la technique antérieure, être, avantageusement, utilisées pour la constitution de moules de fonderie et qu'elles sont aptes à recevoir un traitement ultérieur capable de Leur conférer des caractéristiques de résistances thermique et mécanique conférant aux moules ainsi réalisés, dans l'application à l'obtention de contenants en verre, des durées d'utilisation encore jamais atteintes à ce jour, sans faire intervenir d'opérations ou de traitements de remise en état intermédiaire. L'invention vise donc, dans l'application au domaine de moules de verrerie, une nouvelle fonte qui est caractérisée en ce qu'elle présente, au moins localement et partiellement, une structure ferrito-perlitique stabilisée et en ce quelle comprend, associés aux éléments traditionnels connus en tant que composés habituels dans les proportions respectives - au maximum 1 % de cuivre, - et/ou au maximum 0,9 % de manganèse, - et/ou au maximum 1 % d'étain. L'invention a aussi pour objet, en tant que produit industrieL nouveau, des moules de verrerie constitués à partir de la fonte ci-dessus et traités éventuellement de façon ultérieure par le procédé de L'invention pour leur conférer les caractéristiques requises dans l'application visée. 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 figure unique est une représentation, sous grossissement, de la structure d'une fonte conforme à L'invention. La nouvelle fonte, conçue spécialement selon l'invention pour la fabrication de moules de verrerie, est choisie ou constituée pour comporter, parmi les composants habituels, au moins un composant stabilisant, par exemple le manganèse, le cuivre et L'étain qui peuvent etre présents seuls ou en combinaison. La nouvel le fonte est choisie de structure ferrito-perlitique à perlite stabilisée, à 30 % maxi, et les composants ci-dessus sont retenus en proportion choisie pour assumer une fonction de stabilisation d'une telle structure. Différentes possibilités de combinaison peuvent être retenues pour la composition de la fonte dont les éléments de stabilisation de structure perlitique sont introduits à raison, au maximum, de 1 % pour le cuivre, de 0,9 % maximum de manganèse et au maximum de 1 % d'étain par rapport à la masse générale dans laquelle les différents composants actuels se retrouvent. On donne ci-après une composition de base pour une fonte devant présenter des caractéristiques de structure ferrito perlitique stable. - Carbone ................................... 3,30 à 3,70 % - Silicium ................... ................ 2 à 2,50 % - Cuivre La fonte d'une composition comprise dans les limites ci-dessus est utilisée pour la réalisation d'un moule de verrerie selon une structure classique et habituelle faisant, par exemple, intervenir deux demi-moules possédant un plan de joint diamétral et destinés à être associés à un moule de fond, voire à un moule de bague, pour la réalisation d'un contenant verrier par le procédé pressé-soufflé ou soufflé-soufflé à partir d'une raison de verre en fusion. Un tel moule ou chaque partie constitutive de ce dernier présente, en conséquence, une empreinte négative se raccordant à un plan de joint par une ou plusieurs arêtes qui représentent localement des zones où les contraintes thermiques et mécaniques importantes se concentrent et produisent, ordinairement, une casse ou une abrasion responsable de la nécessité de rebutage ou de réfection des moules. Le moule, réalisé à partir d'une fonte ci-dessus, est soumis à un traitement de trempe, au moins localisé, au niveau des arêtes, de façon à conférer localement à la fonte une dureté BrineLL largement supérieure à la dureté conventionnelle et pouvant atteindre au moins 380. Le traitement local est un traitement de trempe, c'est-à-dire consistant à soumettre, au moins localement, le moule de verrerie à une montée en température rapide jusqu'à un seuil d'environ 7500 C, après quoi un refroidissement naturel par la masse propre du moule ou forcé est appliqué de manière à réaliser une trempe, au sens métallurgique du terme. Le traitement de trempe peut être localisé aux arêtes du moule, aux surfaces constitutives de plans de joint, voire à toute la surface de L'empreinte négative en intéressant une faible épaisseur comprise entre deux à trois dixièmes et deux à trois millimètres. La montée en température peut être obtenue par toute source ou moyen technique à même d'apporter une grande quantité de calories localement, de telle sorte que la structure de la fonte apparaisse, sous un grossissement microscopique de l'ordre de 100, comme cela est illustré par la reproduction annexée, qui permet de qualifier la structure locale de la fonte comme assimilable à une structure micro-martensitique. L'apport de température peut être assuré par un chalumeau ou analogue, par un Laser ou, encore, par un montage du type à induction, conçu pour que la montée en température puisse être assurée de façon rapide et, éventuellement, localisée à la partie de la surface du moule devant être traitée. S'agissant du traitement des arêtes, la montée en température peut être localisée et faire intervenir une vitesse de balayage pouvant être voisine de 30 cm par minute pour un apport par chalumeau ou comprise entre 1 et 2,5 m par minute lorsque l'installation de montée en température est constituée par un laser. Le balayage peut être simple ou alternatif et immédiatement accompagné d'un refroidissement forcé localisé, par exemple assuré par la distribution d'un fluide gazeux ou liquide de prélèvement de calories fourni par une buse associée, dans son déplacement, à l'organe de montée en température. Des moules de fabrication de bouteilles, réalisés à partir de fontes conformes à l'invention et traités selon le procédé ci-dessus de manière à posséder localement au niveau des arêtes de plans de joints une dureté d'au moins 380 HB, ont été mis en service dans une installation comportant aussi des moules traditionnels. Il a été constaté que Les moules selon L'invention ont présenté une durée d'utilisation, sans démontage, de deux à trois fois supérieure à celle des moules traditionnels. Les moyens selon L'invention ont ceci de remarquable que le traitement par trempe ou auto-trempage, apporté sur la base d'une fonte selon L'invention, peut être conduit après usinage et rectification des moules, étant donné qu'un tel traitement ne fait intervenir aucune distorsion ni aucune affectation de l'état de surface ni des caractéristiques dimensionnelles recherchées par L'usinage. IL a été constaté, par ailleurs, que des moules, à partir de fontes selon L'invention traitées selon le procédé préconisé, offraient un meilleur poli d'empreinte, une conductibilité thermique homogène permettant d'obtenir une meilleure répartition de la paraison de verre et un meilleur rendu de moulage, ainsi qu'une aptitude à la soudure en cas de nécessité de réparation, par suite d'accident ou de rupture partielle, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un préchauffage de la masse. Il a été constaté, également, qu'il était possible de procéder à un retraitement local de la fonte dans le cas où il est nécessaire de procéder à une modification de l'empreinte négative. REVENDICATIONS 1 - Nouvelle fonte pour la fabrication de moules de verrerie, caractérisée en ce qu'elle présente, au moins localement et partiellement, une structure ferrito-perlitique stabilisée et en ce qu'elle comprend, associés aux éléments traditionnels connus en tant que composés habituels dans les proportions respectives - au maximum 1 % de cuivre, - et/ou au maximum 0,9 % de manganèse, - et/ou au maximum 1 % d'étain. 2 - Nouvelle fonte selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente la composition suivante - Carbone ................................... 3,30 à 3,70 % - Silicium .................................. 2 à 2,50 % - Cuivre 3 - Nouvelle fonte selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente, dans sa masse, une structure ferrito-perlitique à perlite stabilisée de 20 à 30 %. 4 - Moule de verrerie constitué à partir d'une fonte selon l'une des revendications 1 à 3. 5 - Moule de verrerie selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il présente, au moins localement et en surface, une structure assimilable, sous un grossissement voisin de 100, à une structure micro-martensitique, présentant une dureté BrineLL au moins égale à 380. 6 - Moule de verrerie selon La revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que La structure micro-martensitique et/ou la dureté BrineL1 au moins égale à 380 sont localisées Le long et à partir des arêtes des parties de moules constitutives des plans de joints. 7 - Procédé de traitement d'un moule de verrerie selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un moule selon la revendication 4, à usiner les différentes parties dudit moule, afin de parfaire la ou les empreintes de moulage, ainsi que les plans de joints et à traiter par trempe au moins les parties de moule définissant les arêtes de la ou des empreintes et/ou du ou des plans de joints. 8 - Procédé de traitement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le traitement de trempe consiste à soumettre, au moins localement, Le moule de verrerie usiné à une montée en température rapide jusqu'à environ 7500 C. 9 - Procédé de traitement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le traitement de trempe comprend une montée en température rapide suivie d'un refroidissement naturel assuré par la masse du moule. 10 - Procédé de traitement selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le traitement de trempe comprend une montée en température suivie d'un refroidissement forcé. 11 - Procédé de traitement selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la montée en température est assurée localement de façon ponctuelle avec balayage rectiligne à vitesse constante. 12 - Procédé de traitement selon la revendication 11, caractérisé en ce que la source de montée en température est constituée par un chalumeau et en ce que la vitesse de balayage est voisine de 30 cm/minute. 13 - Procédé de traitement selon la revendication 11, caractérisé en ce que la source de montée en température est constituée par un laser et en ce que la vitesse de balayage est comprise entre 1 et 2,50 m/minute.