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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de BREVET D'INTENTION PROCEDE ET DISPOSITIF POUR REALISER UNE PRISE INTIME ENTRE L'ACIER ET UN METAL NON FERREUX, NOTAMMENT LE BRONZE AU PLOMB"
Ltinvention concerne un procède pour associer intimement l'acier avec un métal non ferreux, notamment le bronze au plomb, procédé applicable de préférence à la confection de coussinets compound.
On a déjà proposé de couler le métal non ferreux sur l'été** ment en acier placé dans le moule en sable, en appliquant la coulée en source-.
Dans tous les procédés connus qui, dans le but d'améliorer la prise par soudure et d'éviter une liquation, proposent de donner à la section du canal de coulée pour le métal non ferreux un profil conique qui va en divergeant vers le haut, ou qui, au contraire, travaillent avec un canal de coulée pour le métal non ferreux, dont la section libre présente une conicité exactement
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inverse, il est impossible, malgré toutes les mesures de précau- tion, d'éviter que des fissures de retrait ne se produisent dans le métal non ferreux versé dans le moule.
Il a fallu procéder à de nombreux essais pour trouver la raison de cea fissures de retrait. On a trouvé que ces dernières doivent être attribuées à la différence entre le pouvoir de dila- tation de l'acier et celui du métal non ferreux, d'une part, et au fait que la chaleur du métal non ferreux, versé dans le moule est évacuée plus rapidement en direction de l'élément en acier qui se soude au métal non ferreux, que dans la direction opposée, ce qui détermine un échauffement trop élevé de l'élément en acier, d'autre part.
Lorsqu'il s'agit d'un élément en acier sur la surface inté- rieure duquel on coule un métal non ferreux, cet élément en acier s'échauffera et se dilatera fortement lors de la coulée du métal non ferreux. Au cours du refroidissement de la pièce compound, le flux de chaleur du métal non ferreux vers l'élément en acier sera relativement beaucoup plus intense que vers le côté opposé, lequel est recouvert par le sable du noyau. L'élément en acier absorbera donc une nouvelle quantité de chaleur du métal non ferreux, ce qui a pour effet un échauffement supplémentaire de l'élément en acier.
Une fois l'équilibre thermique atteint, les deux elements se refroidiront, ce qui, en raison de la diffé- rance des coefficients de dilatation, donnera un retrait non uniforme, avec, comme résultat, des fissures de retrait dans l'élément en métal non ferreux.
La formation de fissures de retrait est encore favorisée par le fait qu'en raison de l'échauffement élevé de l'élément en acier, la solidification du métal non ferreux s'opère en partant de la face extérieure libre de ce dernier et en allant vers le corps en acier.
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La situation est tout à fait analogua lorsqu'il s'agit de couler du métal non ferreux sur la face extérieure d'un élément en acier. Ici également, il s'établit, pendant la coulée et au cours de la première période de solidification du métal non ferreux, un flux de chaleur très intense vers l'élément en acier, tandis que l'évacuation de la chaleur vers le côté opposé, c'est- à-dire vers le sable du moule, est relativement peu importante.
Lorsque la pièce compound commence à se refroidir, il se produit, tout comme lorsque ie métal non ferreux est coulé sur la face intérieure de l'élément en acier, des fissures de retrait dans le métal non ferreux, ceci en raison des coefficients de dilatation inégaux, ainsi que du fait que la solidification du métal non ferreux s'opère en allant de la face extérieure libre de ce dernier vers sa face soudée à l'élément en acier.
Suivant l'invention, en peut empêcher efficacement la formation de. telles fissures de retrait, lorsqu'on fait en sorte que l'évacuation de la chaleur à travers l'élément en acier soit plus intense que-dans la direction opposée, ce résultat étant réalisé par la prévision d'un corps métallique sur le coté libre de l'élément en acier. Dans ce cas, on obtient que, grâce au corps métallique auxiliaire, l'élément en acier ne subit pas un échauffement trop élevé au cours du processus de coulée et de solidification du métal non ferreux.
En outre, la solidification du métal non ferreux coulé sur l'élément en acier s'opère désormais en partant non pas de la face libre du dit métal, mais de la face qui est en contact avec l'élément en acier et qui est soudée à ce dernier, et en allant graduellement vers la face libre du métal non ferreux, de sorte que la formation de fissures de retrait se trouve efficacement empêchée.
Dans le cas d'éléments en acier appelés à recevoir sur la face intérieure une coulée de métal non ferreux, on prévoit utilement, entre l'élément en acier et le corps métallique qui.-' l'entoure, une couche isolante par exemple en sable, laquelle
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empêche, lors de la coulée, un saisissement du métal non ferreux introduit dans le moule.
Suivant l'invention, et lorsqu'il s'agit d'éléments en acier dont la face extérieure doit recevoir une coulée de métal non ferreux, le corps métallique auxiliaire qui, dans ce cas, doit se trouver à l'intérieur de l'élément en acier, est inséré avec un espace de jeu suffisant qui empêche le saisissement pendant la processus de coulée, mais qui disparaît toutefois lors de la solidification subséquente., étant donné l'échauffement du dit corps métallique, de sorte que cet espace ne peut pas empêcher l'évacuation rapide et voulue de la chaleur vers le corps métallique auxiliaire.
Lorsque le corps métallique auxiliaire inséré dans l'élément en acier possède un coefficient de dilatation égal ou inférieur à celui du corps en acier disposé dans le moule, il est superflu de prévoir un espace de jeu entre l'élément en acier et le corps métallique, vu que, lors du processus de coulée, l'espace en question se forme de lui-même en raison de l'échauffement rapide de l'élément en acier, pour disparaître ensuite progressivement après la coulée, du fait de l'échauffement du dit corps métallique.
Le corps métallique inséré dans l'élément en acier est de préférence percé de canaux débouchant à l'atmosphère, pour permettre un équilibrage de la pression dans l'espace d'air qui existe pendant la coulée.
Finalement, et dans le cas de pièces compound dans lesquelles le métal non ferreux doit se trouver du coté intérieur, il est recommandable de donner une forma creuse au noyau de sable situé à l'intérieur du métal non ferreux coulé sur l'élément en acier, dans le but de réduire l'évacuation de chaleur, ceci notamment lorsqu'il s'agit de pièces compound de grandes dimensions.
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Il est particulièrement utile, pour compenser les différences. de température qui se manifestent au sein du métal non ferreux dans le sens de la.hauteur de l'élément en acier, de faire en sorte qu'ici également le refroidissement diminue progressivement d'intensité, à savoir,. de bas en haut. Il convient que le refroidis. sement dans le sens de la hauteur soit conduit de telle manière que la solidification du métal non ferreux en contact avec l'élément en acier s'opère progressivement de bas en haut.
On a constaté qu'il était possible d'obtenir un résultat encore meilleur si l'on évacue, à l'aide d'un courant de fluide réfrigérant, la chaleur accumulée dans le corps métallique auxiliaire, cette évacuation s'effectuant jusqu'à la solidification complète de la pièce compound. Le courant de fluide réfrigérant peut éventuellement être envoyé à travers des canaux pratiqués dans le dit corps métallique. Il suffit cependant d'amener le réfrigérant jusqu'au corps métallique et de le laisser s'infiltrer dans le sable du moule. Le réfrigérant empêche dans tous les cas un échauffement trop intense du corps métallique auxiliaire servant à. régler l'évacuation de la chaleur.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple des moules aménagés conformément à la présente invention.
Dans ces dessins
Fig. 1 est un moule dans lequel on a placé un élément en acier appelé à recevoir sur sa face intérieure une coulée de métal non ferreux;
Fig. 2 est un moule contenant un élément en acier appelé à recevoir sur sa face extérieure une coulée de métal non ferreux;
Fig. 3 est une variante du moule suivant la Fig. 1;
Fig. 4 est une variante du moule suivant la Fig. 2.
Dans le mode de réalisation suivant la. Fig. 1, 1 désigne un manchon en acier disposé dans le moule en sable et à l'intérieur
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duquel est situé, à une certaine distance des parois de ce manchon, un noyau de sable 2 dont l'extrémité supérieure est pourvue d'une extension de guidage. D'autre part, le manchon en acier 1 est entouré d'un corps ou bloc métallique annulaire 4 espacé de la paroi du manchon 1, l'intervalle 5 entre le manchon en acier 1 et le bloc annulaire 4 étant rempli de sable. La noyau 2 présente intérieurement un espace creux 6.
Le métal non ferreux est versé dans le creux 7 du moule, entre le manchon en acier 1 et le noyau 2, à travers la canal de coulée 8 à l'extrémité inférieure duquel vient se raccorder sans coude brusque un canal borgne 9, courbé sur toute sa longueur.
Après avoir rempli le canal borgne 9, lequel reçoit toutes les impuretés du début de la coulée, le métal en fusion pénètre, par l'accès du jet de coulée transversal 10, dans la creux proprement dit du moule et, finalement, dans l'évent 11.
Grâce au bloc métallique annulaire 4 entourant la manchon en acier 1, on obtient qu'après la coulée, le métal non ferreux se refroidit progressivement depuis sa face soudée au manchon 1, en allant vers l'intérieur, étant donné que ce bloc détermine une évacuation plus intense de la chaleur à travers le manchon 1 vers l'extérieur que vers le noyau de sable 2 disposé à l'intérieur du moule. Afin de ralentir davantage l'évacuation de chaleur en direction du noyau 2, notamment dans le cas de manchons de grand diamètre, il est recommandable de ménager dans le noyau 2 un creux 6, comme montré dans l'exemple représenté au dessin.
La prévision d'une couche de sable 5, entre le manchon 1 et le bloc métallique 4, a pour but d'empêcher un saisissement du métal non ferreux par suite d'une évacuation trop rapide de la chaleur en direction du bloc métallique/pendant la coulée.
Dans le mode de réalisation suivant la Fig. 2, on dispose dans le moule un manchon en acier 12 dont l'extrémité inférieure
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13, de plus grand diamètre, vient s'appuyer sur le sable. A l'intérieur du manchon 12 se trouve place un corps métallique auxiliaire 14 qui peut pénétrer dans le sable plus ou moins profondément audessous du manchon 12, suivant les nécessités du cas, et dont l'extrémité inférieure peut au besoin présenter un plus grand diamètre, comme indiqué en traits interrompus. Le corps métallique 14 présente, au-dessus du manchon 12, une extension 15 qui assure le guidage de ce corps dans la masse de sable 16 dont la paroi extérieure délimite l'évent.
Lorsque le corps 14 est constitué en une matière ayant un coefficient de dilatation plus élevé que le manchon en acier 12, on donne à ce corps un diamètre extérieur tel qu'on obtienne, entre le corps 14 et le manchon 12, un faible espace de jeu, Ce dernier ne se modifie pas au moment de l'introduction du métal non ferreux dans le moule,c'est-à-dire lors de l'échauffement du manchon 12, - auquel correspond initialement un faible échauffement du corps métallique 14, - et disparaît seulement après l'achèvement de la coulée, et à la suite de l'échauffement plus intense du corps métallique 14. L'introduction du métal non ferreux dans le moule se fait ici également par le canal de coulée 8, et,après remplissage du canal borgne 9, à travers le jet de coulée transversal 10. Ici également, on prévoit un évent 11 au-dessus du manchon 12.
Grâce à la prévision du, corps métallique 14 à l'intérieur du manchon en acier 12, on obtient qu'ici également la solidification du métal non ferreux s'opère progressivement en partant de la surface de ce métal qui est située au contact du manchon 12, et en allant vers l'extérieur, ce qui permet d'éviter des fissures de retrait. On évite en outre un saisissement du métal non ferreux lors de la coulée, grâce à l'espace de jeu initialement présent entre le manchon 12 et le corps métallique 14.
Lorsque le corps 14 est établi en une matière présentant
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un coefficient de dilatation égal ou inférieur à celui du manchon 12, il est superflu de prévoir, lors de l'insertion du corps métallique 14, un espace de jeu entre celui-ci et le manchon 12, étant donné que, pendant la coulée, et en raison de l'échauffement plus rapide du manchon 12, cet espace se forme de toute façon dès le début de la coulée, espace dont la disparition progressive n'a lieu que dans la suite, sous l'effet de réchauffement du corps métallique 14. Le corps métallique 14 inséré dans le manchon 12 est percé de canaux 1?,lE en communication avec l'atmosphère, afin d'assurer l'équilibrage de la pression dans l'espace d'air qui s'établit lors de la coulée.
Pour empêcher une pénétration de métal non ferreug dans l'espace de jeu entre le manchon en acier 12 et la corps métallique 14, on garnit le joint situé à. la partie supérieure du moule, d'un anneau métallique 19 dont le collier 20 s'engage légèrement sur la surface extérieure du dit manchon. L'extrémité inférieure 13 de plus grand diamètre, du manchon 12, est pourvue, aux mêmes fins, de nervures circulaires concentriques 21 qui pénètrent dans le sable, assurant ainsi une étanchéité suffisante.
Dans le mode de réalisation suivant la. Fig. 3, lequel correspond à celui montré dans la Fig. l, 1 désigne un manchon en acier disposé dans le moule en sable, 2 - le noyau de sable situé à l'intérieur du manchon, 3 - l'extension de guidage prévue à l'extrémité supérieure du noyau, 4 - un bloc métallique annulaire qui entoure le manchon 1, mais dont il est séparé par un intervalle 5. Comme il ressort du dessin, l'épaisseur de la couche de sable 5 entre l'élément en acier 1 et le bloc métallique 4 augmente progressivement depuis l'extrémité inférieure de l'élément 1, jusqu'à l'extrémité supérieure de celui-ci.
La variation d'épaisseur de la couche de sable 5 est calculée de telle manière que la solidification du métal non ferreux introduit dans le moule
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s'effectue uniformément en hauteur le long de la paroi de l'élément 1, mais de préférence en progressant de bas en haut.
Dans le mode de réalisation suivant la Fig. 4, qui corres- pond à celui représenté dans la Fig. 2, 12 désigne le manchon en acier placé dans le moule, et 13 - une bride prévue sur l'extrémité inférieure de ce manchon et destinée à s'appuyer sur le sable. A l'intérieur du manchon 12 se trouve disposé un corps métallique auxiliaire 14 dont l'extrémité supérieure présente une extension 15 en vue du guidage dans la masse de sabla intérieure 16 dont la paroi extérieure délimite l'évent. Dans le corps métallique 14 se trouve inséré un cône métallique 14a, comme indiqué par les lignes interrompues.
Le cône intérieur 14a possède une conductibilité thermique plus élevée que le restant du corps métallique 14, de sorte que l'évacuation de la chaleur µ travers le corps métallique 14 s'effectue avec une intensité qui varie- dans le sens de la hauteur du manchon 12, c'est-à-dire qui va décroissant de l'extrémité inférieure vers l'extrémité supérieure du manchon 12. Ici également, on obtient, par un choix convenable de la matière constitutive du cône intérieur 14à et par un calcul approprié de la conicité de celui-ci, un réglage de l'évacuation de la chaleur, de telle manière que la solidification du métal non ferreux s'effectue uniformément ... en hauteur de long de la paroi du manchon. 12, mais de préférence en progressant de bas en haut.