BE415741A - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 
 EMI1.1 
 



  'rPTOC DE COULEE POUR ItiTÀ.UX LECERS ET LEURS ALLIAGES". 



   L'objet de l'invention est un procédé de coulée de métaux légers, en particulier du magnésium et de l'aluminium, et de leurs alliages, 
En tant qu'il s'agit de moules perdus, on utilise générale- ment des moules en sable pour la coulée de métaux légers et d'alliages de métaux légers. Toutefois, la présence d'eau est la cause de difficultés considérables, car en particulier le magnésium et les alliages de magnésium   a   pourcentage élevé, 
 EMI1.2 
 réagissen1t. ! 11 état fondu, avec l'eau ou la vapeur d'eau, 1 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 par une réaction à.   caractère   explosif. Pour surmonter ces difficultés, la   techni que   spéciale a procédé par deux moyens parallèles. 



   On a d'abord eu recours à un moyen utilisé déjà   depuis   très longtemps dans la technique générale de la fonderie (voir par exemple le brevet américain No. 198,852 de l'année 1878), pour éviter le travail avec des moules en sable séchés, qui est coûteux et qui n'assure cependant pas toujours de bons résultats, ce moyen étant l'utilisation de liquides non aqueux, en particulier d'huiles d'hydrocarbures, pour rendre le sable plastique. On trouve une proposition de ce genre dans le brevet américain No.   1,363,384     (Bakken)   où l'utilisation de liants de ce genre en combinaison avec du sable de moulage séché est décrite en particulier aussi pour la coulée du magnésium.

   Un procédé de même genre fait l'objet du brevet allemand No.   376.739   dans la description duquel on a mentionné parallèlement diverses matières de moulage, à savoir le sable, la poudre de charbon, la magnésie calcinée, le carborundum, l'alumine anhydre, la poudre de chamotte,   etc.---   
Contrairement à ces essais,   qui   n'on% eu aucune influence sur le développement technique, on a créé, en ajoutant des matières protectrices déterminées au sable de moulage, un procédé qui a acquis une importance technique considérable pour la coulée du magnésium.

   Ce mode de travail a débuté par des mesures destinées à améliorer les moules en sable   sèches.   gomme il n'était pas rare de constater des endroits brûlés sur les pièces coulées, même lorsqu'on utilisait ces moules coûteux, on a proposé d'appliquer sur le moule en sable séché, sous forme d'enduit, des matières ayant la   oaractéris-   

 <Desc/Clms Page number 3> 

 tique   commune   de produire, au contact avec le métal en fusion, des gaz ou vapeurs ne réagissant pas sur le magnésium, ni par eux-mêmes ni sous la forme de leurs produits d'oxydation (brevet allemand No.

     368.906).   Ce procédé n'a pas non plus enrichi sensiblement la   Technique,et   il n'a eu qu'une influence in- directe sur   celle-ci,   car on a constaté par la suite que les matières de cette nature sont également propres à permettre le mode opératoire beaucoup plus simple, mais impraticable jusqu'alors, de la coulée du magnésium dans des moules en sable humides. Dans le brevet allemand   No.384,137,   dans lequel ce procédé est décrit, on a cité comme exemples de matières protectrices de ce genre: le soufre élémentaire, des bicarbonates, des oxalates, l'acide borique, corps aux- quels on a ajouté encore plus tard   l'urée.   Différentes classes de matières protectrices ont été utilisées par la suite avec succès dans le même but.

   On citera à titre d'exemples les sels d'ammonium en général, le fluorure d'ammonium, le bifluorure d'ammonium ou des sels contenant du fluorure d'am- monium fixé sous une tonne complexe, ou des mélanges de fluorure d'ammonium ou de sels complexes de ce genre avec des matières de nature acide, l'acide fluoborhydrique ou des sels volatils de cet acide, des   silicofluorures   des métaux tels que le   silic@-   fluorure de sodium ou de magnésium et des fluorures des métaux* 
Toutefois, ce procédé de coulée du magnésium dans des moules en sable vert, procédé qui a été sensiblement per- feotionné par l'addition des matières protectrices reconnues de divers côtés comme utilisables, a un grave inconvénient. 



  La conductibilité thermique du sable de moulage est déjà minime, de prime abord, au détriment de la structure finement 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 cristalline et des propriétés mécaniques des pièces coulées, propriétés qui sont en rapport aveo cette structure. Si l'on mélange au sable des matières d'addition qui se vapo- risent et produisent, pendant la coulée du métal, des matelas de gaz entre le moule et la pièce coulée, ou si l'on applique ces matières sous   tonne   d'enduit sur la surface du moule en sable, cela a pour effet de retarder le refroidissement des pièces coulées de telle façon que ces pièces présentent une structure   cristalline   grossière aux endroits épais, et que des fissures capillaires se produisent aux endroits de passage entre les sections plus fortes et les sections plus minces. 



  Ces deux phénomènes ont une influence très défavorable sur les propriétés mécaniques des produits. Quant aux moyens auxili- aires connus dont la Technique de la fonderie dispose pour augmenter la conductibilité thermique (incorporation aux matières de moulage d'addition finement réparties et bonnes conductrices de la chaleur, utilisation de moules comportant des plaques de refroidissement   brusque),   non seulement ils augmentant les frais, mais ils ne permettent pas non plus d'obtenir sûrement et régulièrement des résultats entièrement satisfaisants.

   C'est ainsi qu'en particulier dans le cas de la coulée dans des moules comportant des plaques à refroidis- sement brusque, on court   le   danger que la pièce coulée pré- sente des endroits   brûlés   et des soufflures par suite de la condensation de vapeur d'eau sur ces plaques. 



   Conformément à l'invention, pour couler des métaux légers et leurs alliages dans des moules perdus, on utilise, en combinaison avec des matières protectrices connues employées d'habitude pour permettre le travail avec du sable de moulage contenant de l'eau, des oxydes métalliques seos, qui servent 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 de matières de moulage principales, et sont amenées à l'état plastique à l'aide d'un liant liquide non aqueux, de la nature des huiles d'hydrocarbures. Le terme "oxydes métal-   liques"   comprend ici non seulement les oxydes métalliques proprement dits mais aussi des minerais ou produits métal- lurgiques pauvres en silice contenant des oxydes métalliques comme constituant principal. On se sert par exemple de l'oxyde de magnésium ou de la magnésite calcinée, de l'oxyde de chrcme ou de la chromite.

   Les oxydes métalliques du genre indiqué ont une conductibilité thermique sensiblement plus grande que le sable quartzeux; c'est ainsi, par exemple, que la   oonduoti-   bilité thermique de la magnésie est le double de celle du sable. En outre, la chaleur spécifique de ces oxydes, rap- portée à l'unité de volume, est considérablement plus grande que oelle du sable quartzeux.

   Le tableau suivant, dans le-   quel #   représente la   conductibilité   thermique, c la chaleur 
 EMI5.1 
 spéo1tiue, le poids par unité de volume et o.,la chaleur   spécifique,   rapportée à l'unité de volume, indique les coef- ficients de transmission thermique du sable quartzeux, de la magnésite grésifiée et de la chromite, à l'état de poudres granulées, ces matières ayant été soumises à des secousses pendant une minute. 
 EMI5.2 
 



  ,,... / xoal. 0 = Ecal. kg o. Ecal h,,m4g(3 kgéoo - 0 ¯ dmZ .=0% 300  0-4000 Sable QJ1ert 0 r 0,210 1,47 0,309 Manaifie ée 0,68 0,275 2,54 0,698 m site s:é 0,275 ,54 0,698 Ohtomi te 0,46 0,22 8,56 0,563 
Grâce à cette supériorité considérable des matières de moulage indiquées relativement aux propriétés de transmission thermique, la chaleur est soustraite aux pièces coulées, avec une rapidité telle que le ralentissement du refroidissement, 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 lié inévitablement à l'emploi de matières protectrices, ne peut pas se manifester d'une façon nuisible.

   De plus, par suite de l'emploi de matières de moulage sèches en combinaison avec les agents plastifiants non aqueux, c'est-à-dire par suite de l'exclusion d'eau pratiquement complète, on peut choisir$ avec un avantage spécial, des matières protectrices qui, au contact du métal en fusion, ne dégagent qu'une faible quantité de gaz et de vapeurs ou restent presque entièrement   indéoomposées,   de sorte que l'action de refroidissement   brus que ,   sensiblement plus énergique, de la matière de moulage, se manifeste presque   intégralement,   malgré la présence des matières protectrices, La possibilité d'utiliser de telles matières protectrices est également précieuse sous un autre rapport.

   L'appauvrissement de la matière de moulage en matière protectrice, appauvrisse- ment qui est lié inévitablement au dégagement abondant de gaz et de vapeurs, entraîne non seulement un renchérissement par l'augmentation de   la consommation   d'agents additionnels, mais encore une incertitude désagréable, car des pièces défectueuses ayant des endroits brûlée, etc.. peuvent se produire pendant la ooulée, car la teneur en matière protectrice est déjà descendue au-dessous de la mesure admissible, 
On obtient, par suite de l'affinage du grain et du fait que l'on évite les fissures capillaires, une amélioration sur- prenante des propriétés mécaniques.

   On fera mieux ressortir ce progrès en citant les résultats reproduits ci-après d'essais, dans lesquels les propriétés de   résistanoe   de barreaux d'essai de rupture coulés dans des moules en sable humides aveo une addition de   5%   de soufre, sont comparées aveo celles de barreaux faits dans les mêmes conditions, dans des moules en magnésite grésifiée liée par de l'huile d'hydrocarbure et dans      

 <Desc/Clms Page number 7> 

 des moules en chromite de même genre, avec une addition de 2% de fluorure d'ammonium, à partir du même bain de fusion. 



   Pour ces essais comparatifs on a choisi le fluorure d'am- monium,   ciui   dégage de grandes quantités dd gaz à la tempé- rature de coulée et qui ne fait donc pas partie des matières protectrices préférées suivant l'invention, afin de faire ressortir encore plus particulièrement la supériorité du procédé. On a   coulé   des barreaux d'essai de rupture de 17, 20, 22 et 27 mm de diamètre et on les a tournées jusqu'à 16 et   18   mm respectivement.

   F est la résistance mécanique en kg/mm2; D est l'allongement en pouroents. 
 EMI7.1 
 secuous des 17 ma 20 mm 22 mm. 27 mm 
 EMI7.2 
 
<tb> barreaux <SEP> F <SEP> D <SEP> F <SEP> D <SEP> F <SEP> D <SEP> F <SEP> D
<tb> cessai
<tb> 
 
 EMI7.3 
 Sable quartzeux 1614 6#Z 15i7 5#8 1511 5,1 13,7 4,5 
 EMI7.4 
 
<tb> Magnésite <SEP> grésifiée <SEP> 19,9 <SEP> 9,5 <SEP> 18,3 <SEP> 7,8 <SEP> 17, <SEP> 3 <SEP> 7,0 <SEP> 15,8 <SEP> 5,8
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Chromite <SEP> 19,2 <SEP> 8,6
<tb> 
 On voit que ce sont les barreaux coulés dans les moules en magnésite grésifiée qui montrent les valeurs méoaniques les plus hautes, auxquelles se rapprochent sensiblement les valeurs des barreaux coulés dans la chromite, tandis que les barreaux coulés dans des moules en sable vert ont des coef-   ficients   de résistance et d'allongement sensiblement moindres.

        



  On constate en outre l'avantage, qui a une importance   techni-   que assez remarquable au point de vue de la fonderie, que les résultats indiqués sont obtenus avec de très petites masselot- tes lorsqu'on opère suivant le procédé conforme à l'invention; les valeurs obtenues suivant l'invention ne peuvent pas être atteintes avec du sable vert, même en augmentant de 50% les masselottes montées sur les têtes des barreaux d'essai de rupture . 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 



   Outre le progrès dû   à   la coopération des mesures partiel- les du procédé, on évite aussi les inconvénients qui, lorsqu'on utilise des moules en sable, proviennent de la grande teneur en silice du sable. Le magnésium et ses alliages, en particulier, ne sont pas chimiquement indifférents   vis-à-vis   de la silice du sable. Comme il n'est pas possible, en fonderie, d'éviter avec une sûreté absolue que du sable de moulage adhère aux masselottes et aux jets de coulée de la silice de ce sable pénètre dans le métal lors de la refonte des masselottes et des jets de coulée, ce qui donne naissance à des siliciures qui exercent une influence nuisible sur le métal.

   Le choix des matières de moulage indiquées, ne contenant pas ou peu de silice, permet aussi d'éviter ces inconvénients, auxquels. on n'a pas attaché d'attention jusqu'à présent, en donnant la préférence à du sable de moulage d'une haute teneur en silice par exemple pour la constitution des moules destinés à couler le magnésium (voir Irresberger,   Giesserei-Zeitung,     XIX,   1922, page   600   et le brevet allemand No.567,823, page 1, ligne 56). 



   Parmi les matières protectrices dont l'emploi est envisagé de préférence pour le procédé, en raison de ce que le dégagement de gaz est évité ou réduit, on a constaté que les matières particulièrement appropriées sont celles qui, par dégagement des combinaisons gazeuses de fluor forment des fluorures aveo le métal à   couler fêtant   donc nullement indifférentes vis-à- vis du métal. Des telles matières sont en premier lieu les fluosilicates des métaux et parmi ceux-ci en particulier le fluosilicate de sodium et le fluosilicate de magnésium, qui se dissocient partiellement par le chauffage en fluorure du métal et en tétrafluorure de silicium. Ce dernier agit par 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 exemple sur le magnésium en formant une pellicule extrêmement mince de fluorure de magnésium.

   Une addition de 3% de fluo- silicate de sodium à des moules en magnésite liés aveo de l'huile d'hydrocarbure donne une proteotion absolument sûre. 



  On obtient une action protectrice encore meilleure en ajoutant du fluosilioate de magnésium à la matière de moulage, 1% de ce sel suffisant déjà pour obtenir des pièces coulées absolu- ment parfaites sans aucune mesure supplémentaire. Les fluobo- rates sont aussi utilisables comme matières protectrices dans le procédé, mais ils sont sensiblement plus coûteux que les fluosilicates des métaux.

   L'action spéciale de ces matières protectrices qui attaquent le magnésium et qui ne produisent pas de matelas gazeux, est basée sur l'augmenta- tion de   la   tension de surface du métal en fusion. 0'est ainsi qu'au contact avec des parois de moules oontenant ou pro- duisant les matières protectrices indiquées, le magnésium par exemple coule tout autrement qu'au contact avec d'autres parois de moules, Alors qu'il se produit autrement, pendant la coulée, un jet qui se propage avec une surface ondulée, à la manière de l'eau, et montre par conséquent une vive ten- dance à noircir   et à   brûler, la surface du jet de coulé en contact avec des moules de ce genre prend un aspect que l'on se représentera le mieux par la comparaison avec la surface lisse d'un ménisque de mercure.

   Cela supprime la tendance du magnésium à former des composée aveo l'oxygène et l'azote et à   s'enflammer.   Or, cette façon modifiée de couler, qui a ainsi des avantages très remarquables, ne peut être obtenue qu'au moyen de matières protectrices entrant en réaction aveo lemagnésium. 



   Pour faciliter la transformation à l'état plastique des 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 matières de moulage sèches à l'aide de l'agent plastifiant non aqueux, et pour obtenir en même temps un plus haut degré de plasticité, on peut   ooemployer   d'autres matières de moulage pauvres en silice, de genre connu, capables de servir en quelque sorte de liant pour la matière de moulage   principale.   



  On peut utiliser des additions de nature   inorganique,   tellea que l'argile, la bauxite, avec le même avantage que des ad- ditions de nature organique telles que la poudre de charbon ou le graphite. En toutoas, la proportion de matière de moulage pauvre en silice et bonne conductrice de la chaleur doit cependant être prépondérante; de préférence, elle ne doit pas être inférieure à 90%. 



   On peut régler, en outre, la plastification de la matière de moulage en employant pour la composition de la matière de moulage principale, ou des matières d'addition, ou des deux, des éléments plus   grossiers   et des éléments plus fins. Une telle composition de la matière de moulage offre, en outre, la pos- sibilité d'adapter la nature des moules aux besoins de la coulée Dans le cas limite, la matière de moulage sera com- posée d'éléments à dispersion grossière et d'éléments à degré de dispersion   colloïdale.   On peut éviter complètement l'addition de matières étrangères à la matière de moulage bonne   conduo-   trice de la chaleur, en utilisant pour augmenter la plasticité, au lieu de matières solides d'une autre nature,

   des mélanges contenant une partie plus ou moins grande de cette matière de moulage à 1'état colloïdal ,de préférence sous la forme d'un organosol approprié. 



   Exemples d'exécution 
1.) On mélange une magnésite grésifiée de la composition 

 <Desc/Clms Page number 11> 

 approximative de   85 à   90% de MgO, 3 à 5% de silice, 3 à 4% d'oxyde de fer,   1%   d'oxyde d'aluminium et 1 à 3% d'oxyde de calcium, et d'une grosseur de grain de O à   0,5   mm, avec 4% d'argile et 1% de houille ayant à peu près la même grosseur de grain, on plastifie ce mélange à l'aide d'un pétrole as- phaltique ou d'un mélange artificiel d'huiles d'hydrocarbures avec du bitume, dans la proportion de 3% environ du tout, en ajoutant au mélange, came matière protectrice, soit 3% de   fluosilicate   de sodium, soit   1%   de   fluosilioate   de magnésium. 



  Le   moule   est fabriqué au moyen de cette masse à la manière usuelle et on enduit sa surface, par exemple avec une sus- pension alcoolique de   fluosilioate   de sodium ou de fluosilicate de magnésium ou avec du graphite, ou on la saupoudre avec une de ces matières protectrices. La coulée a lieu aux tempé-   ratures usuelles.   



   2.) Au lieu de magnésite grésifiée, on emploie comme matière de moulage principale, dans le mélange indiqué dans l'exemple 1, de la   chromite   de la composition approximative de   40   à 50%   d'Oxyde   de chrome, 14% d'oxyde de fer, 14% d'oxyde d'aluminium, 14% d'oxyde de magnésium, 7% de silice, à la même grosseur de grain. Pour le reste la prescription de l'exemple 1 reste   invariée.   



   On sait que les matières de moulage servant à couler de l'acier homogène ou du fer homogène peuvent être constituées par un mélange d'une matière basique très pauvre en silice combinée ou libre, avec des liants. On a recommandé en particulier la magnésite calcinée came matière appropriée. 



   . 



  Comme matière de moulage pour la coulée du fer ou de l'acier, la magnésie est supérieure aux matières de moulage oontenant de la silice, par sa   résistance   plus élevée au feu, ne fondant 

 <Desc/Clms Page number 12> 

 pas aux températures de coulée du fer homogène ou de l'acier doux et ne formant par conséquent pas de laitiers facilement fusibles contrairement aux silicates du sable. Il s'agit donc, dans la coulée de l'acier, d'éviter, par l'utilisation de magnésite pour la matière de moulage principale, la forma- tion de laitiers de silicates très fusibles. Par contre, la coulée des métaux légers a lieu à des températures bien infé- rieures au point de fusion des silicates du sable.

   Les con- ditions auxquelles doit satisfaire la nature de la matière de moulage diffèrent donc sous un rapport essentiel.   L'amélio-   ration, réalisée par la présente invention, des propriétés mécaniques des métaux légers ne pouvait pas être déduite de l'emploi de magnésie comme matière de moulage pour la   ooulée   de l'acier, d'autant moins que, pour la coulée de métaux facilement oxydables, comme le magnésium, on a donné la préférence jusque tout récemment à du sable d'une haute teneur en silice, ainsi qu'il a été mentionné   déjà,   
 EMI12.1 
 - R a v end i 0 a t ion s. - 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1.) Procédé de coulée de métaux légers et de leurs alliages dans des moules perdus, caractérisé en ce que aomme matière de moulage prinoipale, on emploie,'en combinaison avec des matières protectrices connues utilisées d'habitude pour permettre le travail avec du sable de moulage contenant de l'eau, des oxydes métalliques secs (le terme comprenant en plus des oxydes métalliques proprement dits des minerais ou produits métallurgiques pauvres en silice contenant des oxydes métalliques comme constituant principal), tels que l'oxyde de magnésium ou la magnésite calcinée, l'oxyde de chrome ou la chromite, ces matières étant amenées 1 l'état plastique. <Desc/Clms Page number 13> de manière connue à l'aide d'un liant liquide non aqueux de la nature des huiles d'hydrocarbures.

2.) Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit, parmi les matières protectrices connues, celles qui, au contact avec le métal fondu, ne dégagent qu'une petite quantité de gaz et de vapeurs ou restent presque entière- ment indécomposées, et en particulier des matières qui, à la température de coulée, forment des fluorures avec le métal couler.

3.) Procédé selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on emploie pour la fabrication des moules perdus, des mélanges de matières de moulage pauvres en silice et ayant de hons coefficients de transmission thermique, avec d'autres matières de moulage pauvres en silice, soit de nature inor- ganique (telles que l'argile, la bauxite), soit de nature organique (telles que la poudre de charbon ou le graphite), dans lesquelles la proportion de matière de moulage ayant de bons coefficients de transmission thermique est prépondé- rante et n'est pas, de préférence, inférieure à 90%.

4.) Procédé selon revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière de moulage est composée d'éléments à dis- persion grossière et d'éléments à degré de dispersion co- loidale.