Brevet FR2961725A1 — publié le 20111230

PROCEDE DE MOULAGE A MODELE PERDU [0001 L'invention se rapporte à un procédé de moulage à modèle perdu. L'invention se rapporte encore à une pièce obtenue par un tel procédé de moulage 5 à modèle perdu. [0002] Dans le domaine de l'automobile, les caractéristiques mécaniques et thermiques des pièces sont soumises à des exigences croissantes. Il est alors connu d'introduire des éléments d'addition d'alliage dans les pièces métalliques pour améliorer les caractéristiques des pièces. Par exemple, l'introduction 10 d'aluminium dans la fonte est très avantageuse en termes de caractéristiques matériaux, notamment en entraînant une amélioration importante de la résistance du matériau à la chaleur. Certaines de ces pièces métalliques sont obtenues par procédé de moulage à modèle perdu. Il est connu du document EP-A-1 534 451 d'introduire des éléments d'addition de l'alliage métallique dans le modèle fusible 15 utilisé pour le moulage à modèle perdu. [0003 Cependant l'introduction d'aluminium à des taux significatifs dans un matériau ferreux, tel que la fonte, génère beaucoup d'oxydes d'aluminium et de crasses qui nuisent à la qualité de la pièce obtenue. Des oxydes d'aluminium se retrouvent par exemple en peau de pièce. A l'heure actuelle, les procédés connus 20 ne permettent pas d'introduire de manière industrielle un taux significatif d'aluminium dans un matériau ferreux et avec un niveau acceptable de qualité pour la pièce en alliage de métal ferreux. [0004 Il existe donc un besoin pour un procédé d'obtention de pièces en alliage de métal ferreux avec l'introduction d'aluminium à un taux significatif. 25 [0005] Pour cela, l'invention propose un procédé de moulage à modèle perdu d'une pièce en alliage de métal ferreux, l'alliage de métal ferreux comprenant un élément oxydable parmi les éléments d'addition de l'alliage et le procédé comprenant : - la réalisation d'un modèle fusible formé d'une première partie modélisant la pièce à couler et d'une deuxième partie correspondant au chenal d'alimentation de la première partie, le modèle comportant des inserts en l'élément oxydable ; - le positionnement du modèle fusible dans une cuve de sable ; le coulage de métal ferreux en lieu et place du modèle fusible ; dans lequel les inserts en l'élément oxydable sont recouverts d'un revêtement de protection contre l'oxydation. [0006] Selon une variante, l'élément oxydable est de l'aluminium. [0007] Selon une variante, le revêtement de protection est un dépôt d'argent ou un dépôt de zinc. [0008] Selon une variante, l'élément oxydable est désoxydé préalablement au recouvrement par le revêtement de protection. [0009] Selon une variante, au moins une partie des inserts en l'élément oxydable est introduite dans la deuxième partie du modèle fusible. [0010] Selon une variante, le modèle fusible comprend en outre un filtre et/ou une chambre de décantation entre d'une part le lieu de l'introduction des inserts en l'élément oxydable dans la deuxième partie du modèle fusible et d'autre part la première partie du modèle fusible. [0011] Selon une variante, au moins une partie des inserts en l'élément oxydable sont introduits dans la première partie du modèle fusible. [0012] Selon une variante, le procédé comprend en outre la circulation d'un gaz neutre suite au positionnement du modèle fusible dans la cuve de sable. [0013] L'invention propose en outre une pièce obtenue par le procédé de moulage précédent. [0014] Selon une variante, l'alliage ferreux de la pièce est une fonte à graphite sphéroïdale, l'élément oxydable parmi les éléments d'addition étant de l'aluminium contenu de 1 à 2% en masse dans l'alliage de la pièce coulée, les éléments d'addition de l'alliage comprenant par ailleurs Si et Mo. [0015] Selon une variante, la pièce est un collecteur d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références au dessin qui montre : - figure 1, un schéma d'un modèle fusible pour la mise en oeuvre du procédé de moulage à modèle perdu selon un des modes de réalisation. [0017] L'invention se rapporte à un procédé de moulage à modèle perdu d'une pièce en alliage de métal ferreux. L'alliage de métal ferreux composant la pièce comprend un élément oxydable parmi les éléments d'addition de cet alliage. [0018] Selon le procédé, un modèle fusible est d'abord réalisé. Le modèle fusible est formé d'une première partie et d'une deuxième partie. La première partie du modèle fusible modélise la pièce à couler, c'est-à-dire la pièce ou les pièces que l'on souhaite obtenir par le procédé de moulage à modèle perdu. De manière connue en soi, la deuxième partie du modèle perdu correspond au chenal d'alimentation de la première partie en matériau fondu. Lors de la réalisation du modèle fusible des inserts en l'élément oxydable sont introduits dans le modèle fusible. [0019] Les inserts en élément oxydable sont préalablement désoxydés en surface et recouverts d'un revêtement de protection préalablement à leur introduction dans le modèle. Ce revêtement assure une protection de l'élément oxydable contre l'oxydation pouvant intervenir dans le modèle fusible. [0020] Le modèle fusible est ensuite positionné dans une cuve de sable conformément au procédé de moulage à modèle perdu. Le sable de la cuve épouse alors la forme du modèle fusible. Par la suite lors du coulage du métal ferreux dans le modèle fusible, le modèle fusible s'évapore au contact du métal fondu. Le métal fondu remplace alors progressivement le modèle fusible jusqu'à occuper exactement le volume que prenait le modèle fusible dans la cuve de sable. [0021] Lors du remplacement progressif du modèle fusible par le métal fondu, le métal fondu arrive au niveau des inserts d'éléments d'addition. Le contact des inserts d'éléments d'addition avec le métal fondu entraîne la liquéfaction des inserts. Les éléments d'addition se diffusent dans le métal fondu dans les régions en aval des inserts, dans le sens de progression du métal fondu. [0022] Une fois que le modèle perdu a été totalement remplacé par le métal fondu, on obtient une coulée de la forme du modèle perdu réalisée en alliage comprenant comme élément d'addition l'élément oxydable des inserts. [0023] D'une part le revêtement de protection empêche l'oxydation de l'élément oxydable des inserts jusqu'à la liquéfaction des inserts. D'autre part le matériau ferreux en phase liquide présente une température permettant de sublimer le modèle et de fondre l'aluminium. La sublimation du modèle brûle alors tout ou partie de l'oxygène présent, limitant fortement l'oxydation de l'aluminium après la liquéfaction des inserts. [0024] Ainsi le procédé proposé limite la présence d'oxydes de l'élément oxydable dans la pièce obtenue. Il est alors possible d'introduire une quantité significative d'élément d'addition oxydable dans le métal ferreux dont on veut obtenir un alliage. L'élément d'addition peut être par exemple de l'aluminium qui est très oxydable pour une quantité supérieure ou égale à 0,1 % en masse. [0025] En définitive le procédé permet d'obtenir des pièces en alliage de métal ferreux avec un taux significatif d'élément d'addition oxydable tel que l'aluminium. [0026] La suite de la description du procédé de moulage présente la réalisation d'une pièce en alliage du type fonte avec l'aluminium en tant qu'élément d'addition oxydable dans un simple but d'illustration sans limiter la mise en oeuvre du procédé de moulage à la réalisation d'une pièce en un tel alliage. Le procédé permet par exemple d'introduire un taux d'aluminium significatif dans les alliages d'acier. [0027] La figure 1 montre un schéma du modèle fusible 80 pour la mise en oeuvre du procédé de moulage précédent. Le modèle fusible 80 représenté correspond à une grappe prête à être coulée et constituée de deux pièces à obtenir. La conformation du modèle fusible en grappe est connue en soi. La première partie 20 représente la forme des deux pièces à obtenir par le procédé de moulage. La deuxième partie 30 correspond au système d'alimentation de la fonte jusqu'aux formes des pièces à obtenir de la première partie 20. [0028] La deuxième partie 30 comporte une zone de remplissage 38 suivie d'une chambre 36. Selon le mode de réalisation ici illustré, le lieu d'introduction des inserts en aluminium 60 correspond à la chambre 36. La chambre 36 forme alors une chambre d'introduction de l'élément d'addition oxydable. [0029] La deuxième partie 30 du modèle 80 présente ensuite des filtres 40 pour la filtration des crasses et des oxydes formés lors du coulage de fonte. Les filtres sont suivis de chambre de décantation 34. La deuxième partie 30 comprend enfin des canaux de coulée 32 pour amener la fonte jusqu'à la première partie 20. [0030] Le coulage des pièces à obtenir commence par le remplissage en fonte de la zone 38. La fonte sublime alors le matériau du modèle qui s'évapore. La fonte progresse jusqu'à la chambre d'introduction 36 où la fonte fond les inserts 60. L'aluminium des inserts 60 se diffuse alors dans la fonte, la fonte continuant à progresser dans le modèle 80 vers la première partie 20 sous la forme de l'alliage de fonte et d'aluminium voulue. [0031] L'alliage de fonte et d'aluminium formé progresse en traversant les filtres 40. Les filtres 40 retiennent alors les crasses et les oxydes d'aluminium éventuellement résiduels. L'alliage filtré progresse ensuite en traversant les chambres de décantation 34. Les chambres de décantation 34 permettent de récupérer en surface les impuretés encore restantes dans l'alliage. [0032] L'alliage de fonte et d'aluminium filtré et décanté arrive enfin dans la première partie 20 du modèle 80 par l'intermédiaire des canaux 32. On obtient alors deux pièces en fonte avec une quantité significative d'aluminium. Par exemple, le procédé permet l'obtention d'une pièce en fonte à graphite sphéroïdale comprenant du Si et Mo (fonte GS SiMo) avec de l'aluminium de 1 à 2% en masse dans l'alliage de la pièce obtenue. [0033] Les pièces obtenues par le procédé proposé sont par exemple des collecteurs d'échappement pour les moteurs thermiques de véhicules automobiles. Ces collecteurs d'échappement bénéficient alors d'une tenue à la température améliorée du fait d'une présence significative d'aluminium dans l'alliage de fonte. L'amélioration des caractéristiques de la fonte GS SiMo permet de remplacer l'utilisation de l'acier en réalisant une diminution des coûts de fabrication. Ainsi les coûts de fabrication de collecteurs d'échappement peuvent être de l'ordre de 50% par rapport à la réalisation de collecteurs d'échappement en acier. [0034] Le procédé avec la combinaison des chambres de décantation 34 et des filtres 40 permet de supprimer la majeure partie des oxydes d'aluminium dont la formation a déjà été préalablement limitée par le revêtement de protection des inserts 60. Ce mode de réalisation constitue ainsi le mode de réalisation préféré du procédé de moulage proposé. Il est cependant possible d'obtenir des pièces en alliage de fonte et d'aluminium présentant une faible teneur d'oxydes d'aluminium en l'absence des filtres 40 et/ou des chambres de décantation 34 dans le modèle 80. [0035] De façon préférée, le revêtement de protection des inserts d'aluminium est un dépôt d'argent ou un dépôt de zinc ou un dépôt de nickel. De façon encore plus préférée les inserts 60 peuvent être désoxydés avant l'opération de recouvrement des inserts par le revêtement de protection. [0036] Par ailleurs, il est encore possible de limiter la formation d'oxydes d'aluminium en tirant partie des spécificités du moulage par modèle perdu. Ainsi une circulation de gaz neutre pendant et/ou après le positionnement du modèle fusible 80 dans la cuve de sable (non représentée) permet de limiter encore la formation d'oxydes. De plus grâce, à l'aridité du sable dans le procédé de moulage à modèle perdu, la température de la fonte à couler peut être plus faible que dans le cas d'un procédé de moulage avec un sable vert (c'est-à-dire humide). La limitation de la température de la fonte à couler défavorise alors la réaction chimique d'oxydation de l'aluminium et réduit en conséquence la formation d'oxydes. [0037] Les inserts 60 peuvent être introduits dans le modèle soit à l'élaboration du modèle, soit après mais de manière à ce que les inserts 60 ne se retrouvent pas en contact direct avec l'air ou l'atmosphère ambiante. [0038] Dans le mode de réalisation précédemment décrit, les inserts 60 sont introduits dans le modèle 20 sous la forme de pains. Les inserts 60 peuvent être alternativement réalisées sous la forme de poudre, de granulés, ou de fils selon la vitesse souhaitée de dissolution de l'aluminium dans la fonte. [0039] De façon alternative ou complémentaire à l'introduction des inserts d'aluminium 40 dans la chambre 36, il est possible d'introduire des inserts d'aluminium dans la première partie 20 du modèle 80. Les éléments d'aluminium se diffusent alors principalement dans la fonte au niveau des zones des pièces à obtenir où l'amélioration des caractéristiques est particulièrement souhaitée. REVENDICATIONS1. Un procédé de moulage à modèle perdu d'une pièce en alliage de métal ferreux, l'alliage de métal ferreux comprenant un élément oxydable parmi les éléments d'addition de l'alliage et le procédé comprenant : - la réalisation d'un modèle fusible (80) formé d'une première partie (20) modélisant la pièce à couler et d'une deuxième partie (30) correspondant au chenal d'alimentation de la première partie (20), le modèle (80) comportant des inserts (60) en l'élément oxydable ; ^ le positionnement du modèle fusible (80) dans une cuve de sable ; - le coulage de métal ferreux en lieu et place du modèle fusible (80) ; le procédé étant caractérisé en ce que les inserts (60) en l'élément oxydable sont recouverts d'un revêtement de protection contre l'oxydation. 2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément oxydable est de l'aluminium. 3. Le procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement de protection est un dépôt d'argent ou un dépôt de zinc. 4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément oxydable est désoxydé préalablement au recouvrement par le revêtement de protection. 5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins une partie des inserts (60) en l'élément oxydable est introduite dans la deuxième partie (30) du modèle fusible (80). 6. Le procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le modèle fusible (80) comprend en outre un filtre (40) et/ou une chambre de décantation (34) entre d'une part le lieu (36) de l'introduction des inserts en l'élément oxydable dans la deuxième partie (30) du modèle fusible (80) et d'autre part la première partie (20) du modèle fusible (80). 7. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que au moins une partie des inserts (60) en l'élément oxydable sont introduits dans la première partie (20) du modèle fusible (80). 8. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre la circulation d'un gaz neutre suite au positionnement du modèle fusible (80) dans la cuve de sable. 9. Une pièce obtenue par le procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 8. 10. La pièce selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'alliage ferreux de la pièce est une fonte à graphite sphéroïdale, l'élément oxydable parmi les éléments d'addition étant de l'aluminium contenu de 1 à 2% en masse dans l'alliage de la pièce coulée, les éléments d'addition de l'alliage comprenant par ailleurs Si et Mo. 11. La pièce selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu'elle est un collecteur d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile.15