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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET d'INVENTION "Perfectionnements aux procédés de fabrication de produits à partir de matière fondue"
La présente invention est relative à la fabrica- tion de produits tirés de matière fondue métallique ou non métallique.
L'invention a pour objet la formation de produits métalliques et non métalliques de diverses sortes à partir de matières soumises à un refroidissement réglé ou se trouvant à l'état plastique, mais ne se trouvant pas à leur état fondu normal.
L'invention se rapporte également à la formation
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de tels produits ayant une structure cristalline primaire fine, uniforme et homogène.
La plupart des produits métalliques obtenus jus- qu'ici provenaient de métal fondu qui avait été versé dans une lingotière, dans un moule de coulée au sable, dans une matrice ou entre des cylindres de formation pendant que ce métal se trouvait à l'état liquide. Lorsque la température diminuait, le métal fondu passait à l'état solide, les cris- taux solides se formant tout d'abord contre les parois du moule de la matrice ou des cylindres et se propageant vers la partie intérieure du produit, à travers le noyau encore liquide, ce qui donnait au produit coulé une structure pré- sentant trois zones distinctes ayant des caractéristiques différentes, à savoir :
1 / une enveloppe ou couche solidifiée à la péri- phérie du produit, cette couche étant formée de petits cristaux non orientés (c'est-à-dire disposés au hasard) et analogues à des filets ou veinules; les propriétés physiques de cette couche solidifiée et refroidie sont généralement beaucoup meilleures que celles des autres parties du produit et du produit fini après travail mécanique; cela est dû au fait que sa composition chimique est homogène, exempte de séparation ou ségrégation et correspond exactement à la com- position du métal fondu, ce dernier étant homogène dans le four ou dans la poche de coulée;
2 / une couche de longs cristaux en forme de co- lonnes (également appelés aiguilles) orientés suivant l'axe de croissance des cristnux qui est opposé au sens d'écoule- ment de la chaleur;
3 / une zone centrale de grands cristaux à axes équidistants.
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Cette structure cristalline hétérogène est en outre caractérisée par une séparation sélective, des consti- tuants de l'alliage et des impuretés, par des occlusions de gaz, par des retassures, par des cavités de diverses.sortes ainsi que par d'autres phénomènes connus sous le nom général de "lingotisme". Ce.lingotisme est principalement dû à la structure cristalline hétérogène que présentent tous les produits métalliques obtenu?! jusqu'ici dans l'industrie.
Ce procédé commun de fabrication de produits mé- talliques a une influence déterminante sur les propriétés et caractéristiques physiques et autres des produits industriels soit lorsqu'ils sont coulés, soit lorsqu'ils sont travaillés mécaniquement, par exemple après forgeage, laminage, extru- sion ou formation mécanique, soit lorsqu'ils ont été traités au point de vue thermique. On admet généralement que cela est dû au fait que la structure du produit final (ou struc- ture secondaire) conserve encore certaines des caractéristi- ques de sa formation cristalline primitive hétérogène au mo- ment de la solidification du métal fondu ou est affectée par certaines de ces caractéristiques, ce qui a pour effet d'em- pêcher l'obtention des propriétés théoriques optima.
Le but de la métallurgie pendant des années a été d'obtenir dans les produits métalliques une structure cris- talline vraiment homogène et uniforme et de recherches des procédas sûrs pour obtenir cette structure.
Diverses recherches récentes dans la cristallisa- tion des métaux ont montré que la structure cristalline non orientée de la couche solidifiée d'un lingot était due au refroidissement important (ou sous-refroidissement) résultant du contact de la matière fondue avec les parois froides du moule, contact qui crée pratiquement une cristallisation spontanée exempte de toute ségrégation ou séparation dans la
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couche solidifiée en question; cette cristallisation ou solidification provoque le changement de la structure cris- talline orientée en une structure cristalline non orientée filets ou veinules.
La section des cristaux dans la cou- che solidifiée diminue lorsque la vitesse de cristallisation augmenter D'une façon générale, la structure primaire de tout métal est commandée par les deux fncteurs suivants : a) le nombre de noyaux cristallins par unité de poids et de temps à une température déterminée; b) la vitesse de cristallisation qui dépend de la rapidité de dissipation de la chaleur latente de fusion.
Le terme "sous-refroidissement" ci-dessus utilisé indique une condition qui se présente lorsque, à la tempé- rature définie voisine du point de cristallisation ou infé- rieure à ce point, les conditions d'équilibre ne sont pas atteintes, c'est-à-dire lorsque la phase solide n'apparaît pas. Ainsi le métal se trouve dans un état meta-stable.
Des recherches faites au sujet du sous-refroidissement des mé- tnux et alliages ont montré que cette condition pouvait se présenter pour certains métaux sous-refroidis à des tempé- ratures allant de 0,1 à 0,3 ; pour d'autres métaux tels que l'or, le cuivre, le bismuth, l'antimoine, le plomb, l'étain et un certain nombre d'alliages nous-refroidis, ces tempé- ratures peuvent atteindre 30 à 45 ; ainsi tous les métaux et alliages peuvent être placés à un état de sous-refroidis- sement dans lequel ils conservent en grande partie la mo- bilité d'un liquide, bien qu'une partie de la phase solide puisse être précipitée, dans cet état, les métaux et allèges peuvent s'écouler dans des moules ou matrices et prendre d'eux-mêmes leur forme.
Pour rendre claire la distinction entre l'état fondu et l'état sous-refroidi ci-dessus indiqué, on peut dire
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que l'état fondu. est celui dl'1.tfq-hé1 'le étai ou ahiage fondu est liquide et capable de s'écouler librement par gravité;
sa chaleur totale est la quantité de chaleur nécese saire pour l'amener à son point de fusion, plus la quantité de chaleur nécessaire qui correspond -'-, sa chaleur de fusion, plus la quantité de chaleur supplémentaire utilisée comme surchauffage dans les traitements industriels, surchauffage qui peut aller d'un petit nombre de degrés jusqu'à 100 et 1500 dans le cas d'acier, d'acier spécial ou d'autres métaux ou alliages à point de fusion élevé.
L'état de sous-fefroi- dissement appliqué aux métaux ou alliages, état que l'on propose d'établir et de contrôler, est une condition qui résulte du traitement de étal ou alliage fondu tel que ce dernier est produit dans les fours industriels actuels, dans le but d'enlever de ce métal ou alliage toute sa super-cha- leur de fusion et toute sa chaleur latente de fusion ou la plus gronde partie de sa chaleur latente, dans le but d'a- mener sa température soit au.voisinage de son point de cris- tallisation, soit légèrement au-dessous pour des métaux ou alliages ayant une échelle de plasticité assez grande avant que le métal ou alliage traité soit introduit, forcé ou poussé dans un moule ou dans une matrice ou des cyentre lindres à une vitesse déterminée,
Ce étal ou alliage sous- refroidi introduit dans des moules ou des matrices ou entre des rouleaux dans cet état a encore beaucoup de la mobilité d'un liquide et,sous Il'notion de la vitesse à laquelle il est poussé,il se façonnera facilement de lui-même au con- tour des coules ou matrices, Le métal en question est en outre caractérisé par le fait que chacune de ses particules de composant les plus petites a déjà un noyau cristallin qui s'étend à une partie ou à la totalité de chaque particule suivant l'importance de la phase solide qui a été précipitée
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et suivant par conséquent le degré de sous-refroidissement.
Ces particules sous-refroidies entraînées dans un courant, dans un moule ou dans une matrice se conformeront simultané- ment au contour du moule ou de la matrice pour le ou la rem- plir et cristalliseront en pratique spontanément à partir ' d'un nombre infini de noyaux cristallins dans toute la masse du produit formé, ce qui créera dans ledit produit une struc- ture crista lline fnite de très petits cristaux non orientée (c'est-à-dire disposés au hasard) et analogues à des filets ou veinules, cristaux qui sont distribués d'une façon homo- gère et uniforme à travers toute l'étendue du produit métal- lique solide; cette structure est complètement différente de la structure primaire décrite précédemment pour les mé- taux ou alliages fondus antérieurs.
Il résulte des recherches ci-dessus indiquées faites par divers savants que si un métal ou alliage peut être introduit ou forcé dans un moule ou une matrice ou en- tre des rouleaux de formation en étant sous-refroidi, de telle manière qu'il présente le nombre maximum de noyaux cristallins par unité de poids et à une température telle que sa chaleur latente de fusion ait été partiellement ou totalement enlevée, ce métal ou alliage, lorsqu'il s'é- coule et se conforme de lui-même dans le moule ou dans la matrice cristallisera spontanément à travers, toute la masse du produit fini d'une manière analogue à ce qui se produit dans la cristallisation spontanée de la couche refroidie et solidifiée d'un lingot,
ce qui a pour effet de donner à toute la masse du produit la même structure cristalline for- mée de petits cristaux non orientés et analogues à des filets ou veinules et également de donner audit produit les pro- priétés physiques optimum.
Le demandeur a observé ce qui suit :
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Si une goutte de liquide, soit de l'eau, soit de / d'une l'huile, soit du métal ¯ fondu, tombe sur une surface, se dé-
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plaçant rapiderQent,/.Zubstiiice qui est l110uillée par le liqui- dechaque portion de la goutte liquide, lorsqu'elle vient en contact avec la surface se déplaçant rapidement, mouille la surface et adhère à celle-ci; elle s'allonge et est por- tée par la surface en question de façon qu'elle forme une traînée ou une pellicule allongée d'épaisseur uniforme et ayant deux extrémités plus ou moins paraboliques, la forme, la largeur, la longueur et l'épaisseur de cette pellicule ou traînée étant déterminées par la vitesse relative de la goutte qui tombe et de la surface mobile.
En outre, dans le cas d'une goutte de métal fondu, l'allongement de cette / en goutte et sa cristallisation ou solidification d'uen pelli- cule ou d'une bande solide sont pratiquement simultanés. Le / en procédé qu'on utilise pour réaliser le sous-refroidissement est tiré de l'observation qui précède, niais au lieu que ce soit une goutte de liquide qui soit utilisée, c'est un cou- rant de métal fondu tel qu'il est obtenu dans des fours in- dustriels.
Un courant de métal fondu, se déversant sur une surface se déplaçant rapidement, surface qui doit,être mouil- lée par ledit métal, donne naissance à certains phénomènes déterminés. Lorsqu'un tel courant de métal fondu ou de tou- te autre substance fondue s'écoulant d'un trou de coulée ou d'une tuyère de coulée aux températures normales de coulée qui sont utilisées industriellement et à une cer- taine vitesse (déterminée par la hauteur du métal dans le récipient, dans la poche ou dans le four qui la contient ou déterminée par des pompes ou valves mécaniques qui pous- sent ledit courant hors du récipient), est intercepté par une surface solide métallique ou non métallique, plus froi-
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/-propre de,
exempte d'humidité et se déplaçant à une vitesse uniforme supérieure à la vitesse d'écoulement de métal fondu, une surface continue de contact est créée à l'endroit où le mé- tal liquide et librement mobile se conforme instantanément de lui-même à la surface mobile solide. C'est ce qu'on ap- pelle dans le présent mémoire l'action de mouillage. Dans ces conditions, le métal fondu ou liquide est éloigne ins- tantanément et d'une façon continue de la partie principale du courant liquide, étant poussé de dessous ledit courant sous la forme d'une couche qui adhère à la surface mobile.
Cette couche se nivelle d'elle-même au point de vue hydros- tatique pendant qu'elle est transportée en travers du courant de métal fondu ; ladite couche porte par elle-même autant de métal ou de substance fondu qu'elle peut en attirer sous l'action de ses forces intrinsèques d'attraction atomique et de cohésion moléculaire. Ainsi se trouve formée à partir du courant de métal fondu une pellicule ou couche continue de section et d'épaisseur uniformes, couche qui adhère à la sur- face solide mobile et qui est portée par celle-ci, surface à laquelle la pellicule ou couche cède de la chaleur depuis le moment où le contact s'est établi avec elle.
La section transversale de cette couche de métal fondu est réglée et déterminée directement par la relation suivante ; surface de la section transversale de la couche multipliée par la vites- se de la surface métallique mobile qui la porte = section transversale du courant de métal fondu multipliée par sa vitesse d'écoulement.
Far exemple, si un courant de métal fondu sort d'u- ne fente rectangulaire (extrémité de sortie d'une tuyère, par exemple) ayant 5 cm. de large sur 1cm,25 d'épaisseur à la vi- tesse de 0m,60 par seconde, s'écoule et se dépose sur une sur- face métallique se déplaçant une vitesse de 15 mètres par
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seconde (soit vingt-cinq fois plus vite), la couche de mé- tal fondu aura une section déterminée de la façon suivante :
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5 x 1,25 x 50 ; 0 7 2 25 et l'épaisseur de la couche sera de :
0 OM2 .25 = 0 cm e 05 Ocm SÓIJ!
Tous les métaux, alliages et substances fondus, lorsqu'ils se trouvent à l'état liquide et librement mobiles (à l'exception de certaines substances ou métaux qui ont une tension superficielle très élevée comme le mercure) , mouil- leront une surface métallique propre, sèche et plus froide et adhéreront à cette surface; ils pourront ainsi subir une accélération pour être amenés à la vitesse et dans la direc- tion du mouvement de la surface métallique sous la forme ci- dessus indiquée d'une couche ou pellicule.
La force adhési- ve considérée a une valeur considérable car le mouillage en- tre le métal fondu et la surface métallique mobile empêche la présence d'air ou de gaz entre le métal fondu et ladite pellicule, En outre, le contact parfait dû à ce mouillage donné pleine liberté à la force d'attraction interatomique de s'exercer entre le métal de la surface mobile et le métal ou alliage fondu utilisé. Cette force a également une très grande valeur par centimètre carré.
Les deux facteurs ci-dessus indiqués, qu'il y en ait d'autres ou non, peuvent entrer facilement en ligne de compte pour considérer que la section métallique mobile et la pellicule de métal fondu qui y adhère agissent comme une seule section composite se déplaçant à la même vi- tesse et dans la même direction jusqu'à ce que la couche ou pellicule de méal fondu ait cessé d'adhérer complètement par suite de la contraction due à la solidification. Même après cette perte de l'adhérence, la couche ou pellicule maintenant solidifiée conserve la vitesse et la direction
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primitives qui lui ont été communiquées par la surface métallique mobile.
Bien que la couche de métal fondu adhère encore à la surface mobile et soit portée par elle en contact in- time avec ladite surface, à la vitesse de cette surface et dans sa direction de mouvement, c'est-à-dire comme formant en fait une seule section bi-métallique, l'échange de cha- leur à travers toute l'épaisseur de la couche de métal fon- du et de la surface solide mobile est directement propor- tionnel à leurs conductibilités thermiques respectives, à la transmission de chaleur de l'une à l'autre et à la durée de leur contact. Ces coefficients de conductibilité ther- mique sont des propriétés connues des métaux, alliages et de beaucoup d'autres substances.
On peut par conséquent déter- miner mathématiquement et établir les éléments des machines de fabrication, de façon que soit exactement réalisé n'im- porte quel refroidissement déterminé et de fnçon que soit réglée d'une manière absolue la quantité de chaleur enlevée du métal ou substance fondu en couche ou pellicule.
D'après ce qui précède, en voit que toute quanti- té déterminée de chaleur peut être enlevée de n'importe quel métal fondu ou d'une pellicule soit pour le refroidir légèrement, soit pour le sous-refroidir à tout degré désiré, soit encore pour le solidifier complètement de telle manière que la pellicule puisse être utilisée d'une façon continue lorsqu'elle atteint la température ou l'état de sous-refroi- dissement désiré, Cet état, comme on l'a indiqué, résulte du temps et de la longueur déterminés de contact avec la surface mobile ;
la pellicule ou couche complètement formée est séparée d'une façon continue de la surface de refroidis- sement mobile en un point déterminé d'une façon précise après que cette couche a ét6 sur une longueur déterminée en
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contact avec la surface en question, Lorsque la couche ou pellicule est enlevée, elle est dirigée d'une façon continue vers un moule (ou une matrice) dans lequel elle est intro- duite et qui est destiné à la recevoir.
Dans ce. qui va suivre, on va montrer codent de tels résultats peuvent être réalisés conformément à la pré- sente invention.
Lorsque la pellicule do métal doit être soumise un refroidissement réduit (par exemple lorsqu'elle doit être dirigée vers des matrices compliquées et frappées à grande vitesse pour le moulage sous pression), on utilise une surface métallique mobile faite en un métal ayant une conductibilité relativement faible, tel que l'acier; cette surface peut être oxydée, peinte ou recouverte d'une subs- tance non métallique pour réduire encore sa conductibilité thermique et pour /la force interatomique d'adhédiminuer rence de la couche de métal fondu à ladite surface pendant que se produit l'Action de mouillage.
L'étendue et la, durée du contact entre la couche ou pellicule et la surface mobile sont réglées pour assurer l'enlèvement de la quantité exacte désirée de chaleur. Immédiatement au moment où cette opéra- tion s'accomplit, la direction de Ici surface mobile est brus- quement et continuellement changée. Cela oblige la pellicule à se séparer de la surface mobile au point ci- dessus indiqué et à conserver, pendant son déplacement, la vitesse et la direction primitives du mouvement qui lui a été communiqué. Dans cet état, elle passe directement dans l'orifice d'alimentation de la matrice et vient frap- per à grande vitesse la cavité de cette matrice.
Lorsque la couche ou pellicule doit être sous- refroidie à un état tel qu'elle présente le nombre maximum de noyaux cristallins et que sa chaleur latente de fusion
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soit pour la plus grande partie ou totalement enlevée, on utilise une surface métallique propre et sèche pour assurer une adhérence , un mouillage et un contact parfaits de la pellicule métallique et pour enlever rapidement la quantité de chaleur de la pellicule en question. La quantité exacte de chaleur à enlever de la pellicule ou couche métallique pour l'amener à l'état ci-dessus indiqué de sous-refroidis-
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sement est calculée et d(;t:;:r'"llin',w nl<1thémAtiquement; il en est de même de la longueur exacte du contact avec la sur- face métallique mobile.
Si l'on prend en considération tous les facteurs nécessaires, la machine est établie de telle façon que la surface mobile forme la couche métalli- que à la longueur exacte requise et porte cette couche, de manière qu'immédiatement après,la direction du mouvement de la surface mobile soit changée brusquement et continuel- lement pour créer une force suffisante destinée à séparer la couche métallique et la surface mobile et à conserver à la couche métallique, pendant son déplacement, la direction et la vitesse qu'elle a acquises, dans le but de remplir le moule ou la matrice ou afin que la pellicule soit obligée de se déplacer sans être supportée dans le même sens et à la même vitesse après qu'elle a abandonné.la surface de sup- port.
Ou bien encore la couche de métal sous-refroidie peut être soulevée ou séparée d'une autre façon à partir de la surface de refroidissement par un dispositif mécanique et être dirigée vers le moule ou vers la matrice. La couche ou pellicule peut également être associée et fixée avec une autre couche ou pellicule sous-refroidie formée d'une façon analogue, la couche composite étant obligée de continuer à se déplacer dans la direction et à la vitesse acquises, dans le but de remplir des moules ou des matrices.
On peut fa- cilement obtenir ces résultats puisque, comme on l'a noté,
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lorsque la couche do métal atteint l'état de sous-refroi- dissement ci-dessus indiqué, état dans lequel la phase solide est partiellement ou totalement précipitée, la force d'adhérence à la surface métallique mobile est proportion- nellement si réduite que la couche se sépare pratiquement d'elle-même d'avec la surface; en conséquence, un change- ment de direction de cette surface donne une séparation nette et colleté. Il est à remarquer que cette couche ou pellicule a encore la composition homogène primitive du mé- tal fondu sans ségrégation. De la chaleur seulement a été enlevée de ce métal fondu pour créer cet état de sous-re- froidissement.
Il y a une distribution uniforme des noyaux cristallins à travers toute la niasse et aucun changement quel qu'il soit n'a été fait ou ne s'est produit dans sa composition chimique originale, par suite de l'absence de contact avec d'autres éléments ou de l'action de ces autres éléments susceptibles de réagir chimiquement avec la couche considérée. Par conséquent, les produits formés à partir de cette couche lorsqu'elle vient remplir des moules ou des matrices et cristallise spontanément auront tous les avanta- ges de la composition chimique primitive homogène du métal fondu combiné avec une structure cristalline uniforme exemp- to de ségrégation.
La formation ci-dessus décrite du courant de mé- tal ou autre substance fondue transformé en une pellicule ou couche mince, le sous-refroidissement de cette oouche et le choc de celle-ci dans les moules ou matrices sans aucun contact avec l'air ou des gaz ou sans contamination par cet air ou ces gaz présentent des avantages industriels extrême-, ment importants et longtemps chorchés, mais qui n'avaient jusqu'ici jamais été obtenus à la connaissance du demandeur.
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Les opérations pouvent être exécutées très rapidement et sont directement applicables au traitement de la matière sortant des fours factuels de fusion à la vitesse à laquelle on peut disposer du métal fondu produit, ce qui permet de conserver la composition et la fluidité réglées dudit métal. par exemple, le courant nommai provenant d'une poche con- tenant de l'acier tel qu'il est coulé actuellement dans des lingotières de grandes dimensions à des vitesses variant de 500 à 1500 kg par minute peut, comme on l'a indiqué ci-des- sus, être transforme en une pellicule et être sous-refroidi . une température constante et déterminée avant que cette pellicule soit dirigée dans les moules.
L'équipement néces- saire est relativement simple et peu coûteux et consomme une quantité insignifiante d'énergie. Dans beaucoup de cas, l'en- semble du fonctionnement représente des économies réelles, car la chaleur provenant de la pellicule de métal fondu peut être facilement récupérée.
La présente invention se distingue des procédés antérieurs qui comportaient la fusi.on continue de fils ou d'objets analogues dans une flamme oxy-acétylènique ou oxhy- drique et l'atomisation de ce produit par un courant d'air sous forte pression. L'invention se distingue également des procédés dans lesquels un petit courant de métal à faiblo température est atomisé par un courant d'air ou de gaz sous forte pression et est dirigé vers une plaque ou matrice de réception. Ni l'un ni l'autre de ces procédés ne permet d'utiliser des métaux fondus provenant des grands fours in- dustriels et à la vitesse usuelle dont on peut disposer de ces métaux.
En outre, la quantité d'air ou de gaz sous forte pression qui est nécessaire pour l'atomisation est très coûteuse par kilog de métal -tomisé; de plus, le métal
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ainsi atomisé est inévitablement oxydé ou contaminé chimi-. quement. Il en résulte Lme altération ou une détérioration d'une importance telle que .le produit ou revêtement atomisé solide obtenu n'a aucune ressemblance réelle dans ses appa- l'onces ou dans sos propriétés avec le fil métallique solide ou le métal liquide à partir duquel il a été obtenu.
Conformément aux caractéristiques de l'invention, il n'est pas difficile dans les applications industrielles de réaliser la surface métallique mobile en un métal tel et ayant une longueur tellesque la.température de la section métallique et pais une mobile utilisée pour le refroidissement ne dépasse pas une épaisseur température de 260 environ ou toute température suffisamment élevée susceptible de prpvoquer une distorsion, une déforma- tion ou une détérioration de la surface du métal de refroi- dissement utilisé. A cet égard, les facteurs de contrôle ou les desiderata sont susceptibles d'être déterminés d'une façon précise ou d'être calcules mathématiquement d'une fa- çon exacte.
En outre, comme une longueur limitée et définie seulement de cette section métallique de refroidissement vient en contact avec une pellicule métallique fondue ayant une épaisseur désirée choisie, cette section do refroidissement peut être refroidie d'une façon continue par de l'air, de l'eau, du mercure ou par tout autre agent de refroidissement après que la pellicule métallique a été séparée de cette section et elle peut être ainsi ramenée à sa température primitive avant qu'elle reçoive de nouveau du métal fondu.
De cette façon, des conditions constantes de température sont assurées pour le refroidissement du courant de métal fondu et une opération véritablement continue est réalisée.
La plupart des métaux et alliages l'état fondu contiennent des gas dissous ou occlus qui sont libérés lors- que la phase solide se précipite et que le métal, se solidifie
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dans un moule , Certains de ces gaz sont enfermés à l'in- térieur des produits métalliques solidifiés sous la forme de bulles ou poches à gaz qui sont extrêmement nuisibles.
Conformément à l'invention, tous ces gaz ou sensiblement tous ces gaz sont libres de s'échapper, car ils sont libé- rés et enlevés pendant que la pellicule métallique qui adhère à la surface mobile se refroidit rapidement, Lorsque la phase solide commence à se précipiter avant que la pelli- cule sous-refroidie soit dirigée dans un moule ou dans une matrice, lus produits formés à partir de co métal ou de cet alliage sous-refroidi sont exempts de gaz.
Lorsqu'on sous-refroidit le courant de métal fondu provenant d'une poche ou d'un four avant qu'il soit dirigé dans un moule, on peut provoquer une cristallisation spontanée à travers toute la niasse du produit moulé, ce qui constitue un rio3ron efficace pour méterminer au point de vue physique, dans le produit solide formé, une dimension uni- forme des grains. Certaines variations peuvent être obte- nues dans la section des cristaux uniformes formés si l'on fait varier et si l'on règle l'importance et la température du sous-refroidissement.
Tout ce qui précède s'applique avec autant d'effi- cacité aux substances non métalliques ou organiques à l'état fondu telles que le verre fondu, las roches fondues et autres substances analogues, l'invention n'étant nullement limitée aux métaux ut alliages.
La présente invention rend possibles l' obtention et l'utilisation industrielles de la structure cristalline primaire nouvelle et spéciale qui est donnée aux produits métalliques conformément à ladite invention. Cette nouvelle structure primaire qui n une forte résistance et qui présente des propriétés physiques améliorées est obtenue sans travail
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mécanique ou sans traitemant thermique;
elle est caractéri- sée par de petits cristaux non orientés (c'est-à-dire dis- posés au. hasard), analogues à dos filets ou veinules, de coupe et de dimension sensiblement identiques et distribués d'une façon homogène et uniforme à travers toute la masse et dans chaque partie du produit solide, L'invention permet également d'assurer une uniformité chimique dans toute la masse du produit et d'obtenir des propriétés physiques .mé liorées exemptes de tout effet d'orientation;
ces qualités sont ducs au. fait que l'invention permet d'éviter les dé- fauts généralement inhérents à un lingot primaire ou à une pièce moulée, défauts tels que la séparation ou. ségrégation, la composition chimique non uniforme, la concentration des impuretés et souillures à la limite des cristaux en forme de colonnes, la formation de cavités ou passages, les oc- clusions de gaz et défauts analogues et également les il,1- gnos d'écoulement qui se forment à la suite du travail mécanique et de 1'écrasement des grands cristaux, cette nouvelle structure primaire spéciale conser- ve la plupart dos caractéristiques ci-dessus indiquées après travail mécanique tel que laminage, forgeage et extrusion et (ou)
après traitement thermique, cette nouvelle structure se prêtant plus facilement que la structure des produits anté- rieurs à ces opérations en raison de son uniformité et don- nant au produit ainsi travaillé ou traité une structure dis- tinctive différente de colle des produits similaires tirant leur origine d'un lingot ou d'un autre métal fondu coulé à la façon habituelle. En outre, l'effet de refroidissement et de solidification dû. aux parois du moule (se produisant lorsque le métal fondu est versé dans un moule), la formation de la couche refroidie et solidifiée subséquente et les zones distinctes de cristallisation sont supprimés dans les produits
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faits à partir de métal ou alliage sous-refroidi.
L'invention permet également d'obtenir une nouvel- le structure cristalline dans des alliages et plus particu- lièrement dans les alliages à forte teneur on composants de l'alliage tels, par exemple, que l'acier rapide à outils et l'acier inoxydable. Dans ces alliages, tels qu'ils sont coulés et à l'état fondu soit pour le moulage au sable, soit dans les lingotièrcs, une solidification sélective des mé- taux composants se produit inévitablement à l'intérieur des cristaux en forme de colonnes et à axes équidistants qui se forment.
Lorsque cela a lieu, cette solidification sélecti- ve donne aux cristaux une composition chimique plus hétéro- gène avec ségrégation ou séparation de certains composants et des impuretés à la limite des cristaux, ce qui réduit considérablement les propriétés inhérentes particulières de ces alliages, propriétés en raison desquelles leur usae s'est développé, telles que résistance à la corrosion, aux acides, à l'abrasion, faculté de retrempe et de coupe, ainsi que d'autres propriétés physiques.
Par l'effet du sous-refroidissement de l'alliage fondu jusqu'au point où il cristallise spontanément à travers toute la masse du produit solide formé, sous-refroidissement qui constitue l'une des caractéristiques essentielles de la présente invention, la composition homogène primitive de l'alliage à l'état fondu est complètement maintenue dans chacun des petits cristaux formés et cotte composition est encore maintenue après travail mécanique et traitement ther- mique.
Cette structure cristalline entièrement nouvelle et différente de colle des autres produits augmente considé- rablement les propriétés intrinsèques connues de ces allia- ges et élargit le champ do leurs applications,
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En obligeant un courant de métal fondu à venir frapper sur un disque ou une plaque refroidie tournant ra- pidement et à évacuer ledit courant à la périphérie hors du contact avec l'air ou dans une atmosphère spéciale, on oblige la pellicule plastique sous-refroidie ainsi formée à se bri- ser en fines particules uniformes de la même dimension, de la même forme et de la même composition, ces particules se dé- plaçant, sans être supportées,
dans la même direction et à la même vitesse et venant se heurter les unes les autres dans un moule. Si l'on supprime le moule ou si l'on oblige les particules à se déplacer à une plusgrande distance ou à travers un produit pulvérulent solide de refroidissement on obtient des produits de toute composition désirée susceptibles d'ê- tre utilises pour la métallurgie des produits en poudre et pour d'autres applications.
Afin que l'invention puisse être bien comprise, on va la décrire maintenant en se référant au dessin annexé sur lequel :
La fig, 1 est une vue on plan par dessus d'un dis- que atomiseur rotatif et d'une partie d'un moule circulaire fixe de réception;
La fig. 2 est une coupe verticale de l'atomiseur rotatif et du moule représentés sur la fig. l, ainsi que du récipient amenant le métal fondu au disque atomiseur;
La fig. 3 est une coupe verticale d'un disque atomiseur incliné associé à un moule différent qui peut être fixe ou rotatif et qui est destiné à recevoir les par- ticules atomisées suivant un jet en spirale;
La fig. 4 est une coupe d'un produit obtenu avec la machine représentée sur la fig. 3
La fig. 5 est une coupe verticale du disque ato- miseur représenté sur la fig, 1 et montrant les jets ou la
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pluie de métal atomisé dans un moule rotatif pour outils façonnés;
La fig. 6 est une coupe transversale d'un outil façonné foxmé de deux couches de métal; La fig. 7 est une coupe transversale d'un outil façonné formé de trois couches d'acier;
La fig. 8 est une coupe verticale avec partie en élévation d'un appareil destiné à mouler ou à coller sous pression des produits individuels à partir d'un coûtant di- visé et recombiné de métal fondu ou d'une autre matière f ondue ;
La fig. 9 est une coupe verticale, avec partie en élévation, d'un appareil analogue à celui qui est repré- senté sur la fig. 8, mais dans lequel le produit moulé ou coulé sous pression est obtenu à partir d'un courant unique d'un métal fondu ou d'une autre matière fondue.
Si l'on se reporte aux fig, 1 et 2, on voit que le métal fondu 14 placé dans le récipient 13 s'écoule à travers une série d'orifices 15 dont le nombre, la dimension et la forme ont une influence sur le degré do sous-refroidissement. désiré. Ce métal fondu vient en contact avec un disque rotatif 1 le long d'une ligne circonférentielle 2 (fig. 1), cette partie du disque ayant déjà une vitesse périphérique considérable qui empêche le métal fondu d'adhérer au disque d'atomisation ou de le; brûler, ce qui sc produirait probable- ment si le métal venait en contact avec le centre du disque.
Le disque atomiseur 1 est formé de deux parties, une partie supérieure 6 et une partie inférieure 7 séparées l'une de l'autre de façon que soit ménagé entre elles un espace 8 dans lequel un fluide de refroidissement tel que de l'eau peut être amené. L'eau ou le fluidu de refroidissement est amené à l'espace de réception 8 par un tuyau 9 disposé à
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l'intérieur d'un arbre 91 sur lequel le disque est monté et sort de l'espace 8 par un passage 92prévu dans l'arbre en- tre le tuyau fixe 9 à eau et l'alésage axial 93 de l'arbre.
L'écoulement d'eau maintient le disque atomiseur à une tem- pérature sensiblement constante du fait qu'il absorbe la cha- leur qui a été communiquée au disque par le métal fondu.
Le disque atomiseur 1 peut tourner dans un palier à billes 10 et dans d'autres paliers appropriés (non repré- sentés) et il est entraîné à une vitesse de rotation élevée par un dispositif convenable non représenté qui est associé à l'arbre 91. Le métal fondu tombant sur le disque rotatif suivant la ligne circulaire 2 formeune pellicule ou couche qui s'étend vers l'extérieur sur la surface de la partie supé- rieure 6 du disque depuis la ligne 2 jusqu'à la périphérie du disque; le métal' dans cet état de couche ou pellicule, perd de la chaleur par contact avec la surface refroidie du disque et est sous-refroidi.
La couche ou pellicule de mé- tal ainsi sous-refroidie, lorsqu'elle abandonne la périphé- rie du disque, se rompt et se transforme en une pluie fine do particules atomisées qui sont entraînées à une vitesse élevée dans une direction qui se trouve précisément à 90 par rapport à l'axe de rotation du disque. Les particules de métal se déplaçant sous forme de pluie ou do, jet et à une vitesse élevée pénètrent dans le moule circulaire fixe 16' à travers une fente circulaire 18 qui se trouve exactement sur le trajet de déplacement des particules. Ces particu- les sont solidifiées et sont réunies l'une à l'autre par contact ou choc l'une avec l'autre dans le moule et elles remplissent la cavité 4 du moulé.
Dans le mode de réalisation représenté sur les fig, 1 et 2, la quantité de métal fondu suffisante pour rem- plir la cavité du moule est versée dans le récipient 13.
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Lorsque: tout le métal fondu a été atomise et répandu par pluie ou jet, la pnrtic supérieure 16 du moule 16' est soulevée pour être séparée de la partie inférieure 17. Le produit coulé, qui peut avoir la forme d'un élément circulaire formant une seule pièce ou être sous forme de deux ou plusieurs sections (trois ont été représentées sur la fig. 1), du fait que des pièces de séparation 5 sont pincées dans le moule, est sépare de la partie 17.
Le moulage (pour les sections de celui-ci) peut présenter une nervure mouléo sur l'objet, cette nervure correspondant à la fente d'alimentation, si du métal on excès a été versé; mais puisque la fonte ,une largeur do l'ordre ! centième du do millimètre seulement ou même moins, cette ner- vure peut être facilement rompue ou découpée et les sections peuvent être dressées si delà est nécessaire dans des cylin- drus de redressement. Les plaques 11 et 12 placées sur les parties 16 et 17 du moule complètent la fermeture de l'espace dans lequel tourne le disque, l'air n'étant pas admis dans cet espace pendant la coulée du métal fondu.
De cette manière, les particules atomisées, pendant qu'elles sont entraînées à vitesse élevée sous forme d'un jet ou d'une pluie à partir du disque et vers la cavité du moule, ne sont pas soumises à une oxydation possible ; un outre, de préférence, l'air qui se trouve au voisinage du disque est aspiré au moyen d'un tuyau 19 de façon que le sous-refroidissement, l'atomisation et lu choc ou contact soient réalisés sous vide. Si on le dési- re, de l'hydrogène, un mélange d'hydrogène et d'nzote, du gaz d'éclairage ou du gaz connu aux Etats-Unis sous le nom de "blue gas" (gaz bleu) peut être forcé dans l'espace adjacent au disque et dans La cavité du moule;de tels'gaz sont avanta- geux pour le métal qui est divisé en gouttelettes et moulé.
Le sous-refroidissement du métal, la dimension des particules atomisées et la vitesse à laquelle les particules
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sont entraînées peuvent être réglés à volonté. L'écoulement du métal fondu à partir du récipient 13 dépend du nombre et de la surface des sections transversales des orifices 15 et peut être réalisé, quant aux dimensions et au nombre de jets de sortie,de façon qu'on puisse traiter de 25 à 50 kg de mé- tal fondu, par minute .
Lorsqu'on utilise un disque rotatif ayant un diamètre extérieur de 30 cm., le métal fondu peut tomber sur la ligne circulaire 2 de la partie supérieure 6, ligne circulaire dont le diamètre peut varier de 5 cm. à
25 cm., ce qui a pour effet de faire varier le temps pendant lequel la pellicule ou couche de métal fondu en déplacement se trouve en contact avec la surface supérieure du disque 1, La température de la surface 6 du disque peut être réglée par variation de l'écoulement d'eau à travers 1 espace 8 et elle peut être maintenue à une valeur faible ou à une valeur d'environ 150 .
La vitesse du disque rotatif peut varier en pratique do 800 tours à 6000 tours par minute; plus la vitesse est élevée, plus est mince la pellicule formée et plus sont petites les dimensions des particules du métal fondu projeté ou divisé à partir du disque et plus sont gran- des également la vitesse et l'énergie de choc de ces parti- cules.
Grâce à ces différents réglages, la dimension des grains du métal produit peut être déterminée et on peut obtenir des produits ayant une densité plus grande et une résistance plus forte que les produits industriel actuels.
En outre, si l'on réduit l'écoulement du métal fondu venant du récipient et si l'on augmente la longueur de son dépla- cement sur la surface du disque, le métal est sous-refroidi, c'est-à-dire qu'il est refroidi à une température inférieure à son point le solidification et la pellicule se rompt alors en particules déjà en partie ou entièrement solides; ces
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particules, par suite de leur vitesse, s'unissent les unes aux autres par choc ou contact pour former un produit soli- de mais sppngieux comportant des vides uniformes entre les particules.
Si, par exemple, les particules solides sous-re- froidies ne se heurtent pas et ne se choquent pas les unes avec les autres à une distance faible âpres qu'elles ont abandonné le disque rotatif pour forcer un produit solide, mais si on les laisse se déplacer sur une distance de plu- sieurs mètres avant qu'elles viennent frapper contre les parois de la chambre, elles ne ; sa heurtent pas les unes aux autres, mais sont recueillies sous forme de poudre.
Suivant la vitesse qui est utilisée et suivant le degré de sous-re- froidissement, ces particules peuvent être formées de grana- les de tout poids désiré, ou se présenter sous la forme d'une fine poudre métallique, le premier produit pouvant être utilisé pour les garnitures métalliques et le second pour la fabrication de peinture métallique ou pour 1(utilisation dans la métallurgie des produits en poudre, Cette pluie de particules atomisées sous-rofroidies, comme on l'a représen- té sur la fig. 2, étant obtenue soit dans une chambre ou espace étanche à l'air, soit sous le vide, soit dans une chambre remplie d'un gaz neutre, les granules ou particules ne sont pas soumis à l'oxydation.
En outre, on peut utiliser un gaz spécial, tel que lu gaz ammoniac, qui se dissocie sous l'effet de 1; chaleur des particules et, lorsqu'on utilise de l'acier ou un autre alliage susceptible d'être nitruré, les granules ou particules prennent une surface dure et ni- trurée qui est utile pour différentes applications.industriel- les.
L'appareil représenté permet le traitement de mé- taux ou alliages à faible point de fusion, aussi bien que
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des métaux ou. alliages à point do fusion élevée;on règle los conditions d'écoulement, du sous-refroidissement et d'a- tomisation pour qu'elles conviennent aux divers métaux qu alliages. Il est en outre à noter que, pratiquement, aucune partie de métal fondu n'est perdue, par exemple dans les parties supérieures des produits coulés, dans les parties contenant des retassures ou des cavités ou dans les parties correspondant aux jets de coulée, parties qui, dans les pro- duits solides formés antérieurement, devaient être coupées.
La. fig. 3 montre un disque atomiseur rotatif uti- lisé en connexion avec un moule à billette ou à produit ana- logue; mais dans cet exemple le disque, au lieu d'être placé à 90 par rapport à l'axe de l'arbre qui le fait tourner, est placé suivant une direction inclinée par rapport à cet arbre, l'importance de l'inclinaison dépendant de la hau- teur de la billette ou du produit analogue qui doit être faite dans le moule 20, 21, moule dont la cavité est en plan perpendiculaire à l'arbre. Danscette disposition, le jet ou la pluie de métal lorsqu'il abandonne le disque rotatif 1 se déplace en ligne droite,
comme on l'a indiqué par les flèches.exactement à 90 de l'axe de rotation de l'arbre pour former la section de la billette ou du produit analogue par distribution uniforme des particules suivant un trajet en hélice sur toute la hauteur ou largeur du produit formé. Les parties de moule 20 et 21 sont fixes ou peuvent tourner à faible vitesse, Les billettcs ainsi formées présentent des surfaces satisfaisantes, ont une structure uniforme, sont exemptes de retassures ou cavités formées par contraction et sont prêtes à être éliminées.
Sur la fig. 4, on a représenté une section d'un produit ou pièce.moulé tel qu'on l'obtient en versant suc- cossivement dans le récipient 13 de la. fig. 1 d'abord un
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certain type de métal (pr exemple de l'ncior inoxydable 24), puis un autre type de métal 25 ()il que de l'acier à faible teneur enj carbone) et enfin du nouveau de l'acier inoxydable 24 si on le désire, de façon qu'une billette ou produit analogue soit forme dans le moule de la fig.
3, la billette faible ayant un noyau 25 en acier à teneur en carbone et des faces 24 en acier inoxydable, los couchus étant parfaitement liées les unes aux autres par suite de la vitesse de choc, sans qu'il y ait aucune impureté, scorie ou oxyde . l'endroit de la jonction des différentes couches. Cette opération peut être réalisme comme on l'a représenté sur les fig. 1 et 2 en espace clos ou sous vide ou dans une atmosphère de gaz utiles.
De la. même manière, des billettes ou autres pro- duits analogues à revêtement de cuivre comportant une mince couche de cuivre parfaitement liée à un noyau d'acier et dif- férentes sortes de billettes ou de produits analogues bi- métalliques peuvent être obtenus. Dnns chaque cas, la jonc- tion ntrc les métaux ou alliages distincts est exempte de gaz, d'oxyde et autres impuretés; en outre, les produits peuvent être laminés ou forgés sans qu'il se produise aucune rupture ou sépnrntion aux points de jonction des métaux dis- tincts.
La fig. 5 montre le même disque rotatif et le même récipient de coulée que ceux qui ont été représentes sur les fig. 1 et 2, mais le jet Rtomisé est reçu dnns un moule 27, 28 qui tourne également sous l'nction d'une poulie 32, le sens de la rotation étant le même quo celui du disque rotatif ou étant l'inverse du sens de rotation de ce disque. Le moule 27, 28 comporte des cavités dont chncune corruspond à la forme des outils ou au produit formée deux ou plusieurs de ces cavités recevant le jet provenant du disque rotatif.
Lorsqu'on fabrique des outils de coupe à deux couches d'acier,
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on verso d'abord dans le récipient 13 un acier rapide de tout type de composition utilisé dans l'industrie, cet acier étant transformé en une pellicule sous-refroidie et atomisée dont les particules, lorsqu'elles atteignent les cavités du moule: et on raison de la rotation du moule 27-28, forment une couche 35 parallèle à l'axe de rotation du moule, Ensuite, un acier spécial, tenane, résistant, tel qu'un acier au chrome-nickel ou un acier au chrome-vanadium, est versé dans le @cipient 13 et est égal(.nient sous-refroidi et atomisé cot ,1('::
'01' se transforme par projection en une couche 36 adhé- rant à lacouche 35 on acier rapide jusqu'à ce que les cavi- tés à outil prévues dans le moule soient remplies. Le second acier est versé dans le récipient avant que l'acier rapide ait été complètement évncué, de façon que les partieules des deux sortes d'aciers soient mélangées à l'endroit de la jonction d'une couche avec l'autre sur une épaisseur de l'or- dre du d'un millimètre; de cette façon, les deux coucentième ches sont liées d'une façon tellement inséparable qu'elles ne peuvent pas être séparées par un dispositif mécanique quel- conque.
Au récipient 13 peut être fixé un autre récipient 26 dans lequel on peut introduire de la matière finement pul- vérisée telle que de la poudre de diamant ou des carbures mé- talliques en même temps que l'acier rapide est versé, de telle façon que la matière pulvérulente soit entraînée sur la pel- licule de métal fondu et soit dispersée d'une façon uniforme dans cette pellicule. Lorsque le métal se rompt et se tr-ans- forme un pluie ou jet, les particules métalliques atomisées et les carbures en poudre sont tous deux entraînés ensemble dans la couche formée dans la matrice rotative ou le moule rotatif.
On obtient ainsi un outil comportant des particules dures uniformément dispersées dans une masse soit d'acier rapide, soit de tout autre métal du liaison tel que le cobalt,
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le nickel ou de bronze à forte résistance. Dans le récipient 26 peut être versé un nutre métal fondu, par exemple du plomb et dans le récipient 13 on peut verser du bronze, de façon qu'une quantité plus grande de plomb puisse être disper- sée, sous forme de particules finement divisées, à travers le bronze constituant le métal de base, dans le but d'améliorer les propriétés du bronze destiné à former les paliers ou supports. Du graphite finement pulvérisé peut être utilisé dans le même but et dispersé à travers le métal de base.
Dans ce qui précède, on a décrit certains des produits qui peuvent être obtenus par formation desdits produits au moyen de par- ticules atomisées sous-refroidies, au lieu que ce soit à partir d'un métl fondu coulé dans un moule.
Des fraises de toutes sortes, des forets, des per- foratrices, des scies circulaires et autres outils peuvent être formés de la même manière et comporter à leur surface extérieure un acier spécial dur de coupe ou un alliage résis- tant à l'abrasion et un noyau fait en un acier tenace et résistant ou un autre métal disposé à l'intérieur. En outre, comme dans les machines ordinaires de coulée sous pression, des insertions en matières métalliques ou autres peuvent être faites dans les matrices pour former une partie do la pièce coulée après quo les particules métalliques se sont consoli- décs sous l'action de la force du choc.
La fig. 6 montre un outil de façonnage, amené à la cote de rectification ut formé d'une couche en acier rapide 35 contenant ou non des carbures ou de la poudre de diamant dispersés dans ladite couche et une couche d'acier résistant 36 pour supporter l'outil.
La fig. 7 montre une barre pour mèches hélicoï- dales, cette barre comportant une couche centrale 37 on / secteurs
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acier rapide ou <,lutre matière de coupe et deux sixEsAxxsx/38
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en acier résistant qui empêchent la mèche de se rompre.
La fig. 8 montre un mode de réalisation modifié de machine de refroidissement et de choc dans laquelle les sur- faces de refroidissement utilisées sont les faces de deux cylindres rotatifs refroidis par de l'eau. Le bâti principal 51 supporte deux arbres fixes 52 et 53 autour desquels peu- vent tourner dos étriers 54 et 55. Dans l'extrémité 56 de l'étrier 54 est supportée une bague 57 refroidie par de l'eau, cette bague étant reliée par des bras creux 58 et 59 à un moyeu 60 dont les extrémités se présentant sous la forme d'un arbre creux 61 sont supportées dans des paliers 62 que présente l'étrier 54. Cet arbre 61 so prolonge à l'extérieur de l'étrier 54, le prolongement étant libre d'osciller dans l'échancrure 63 que présente le bâti principal 51.
Une roue dentée 64 est clavetée pu fixée d'une autre manière sur l'ex- trémité prolongée de l'arbre 61; cette roue dentée a le même pas diamétral qu approximativement le même pas diamétral que la. face cylindrique 57a de la bague 57. Lorsque la bague 57 et la roue dentée 64 sont en position de fonctionnement comme on l'a représenté, la roue dentée 64 engrène sur la roue dentée 65 d'un dispositif de commando à vitesse variable qui lui est associé et qui n'a pas été représenté. Ainsi, la bague 57 tournera dans le sens approprié et à toute vi- tosse périphérique choisie et désirée.
De l'eau ou un autre liquide de refroidissement est amené par les bras creux 58 à la partie de la bague 57 à double enveloppe, l'écoulement est limité par des cloisons 66 et 67 et l'eau est amenée par des conduits 68 et 69 dans chaque bras 59.
Lu liquide do refroidissement est ainsi ra- mené à l'arbre 61 qui comporte des raccords d'entrée d'eau à une extrémité et des raccords de sortie d'eau à l'autre ex- trémité, ce qui permet de réaliser une circulation continue
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de l'eau ou autre liquide de rèfroidissement,
De même, dans l'extrémité 70 de l'étrier 55 est supportée une bague 71 refroidie; par de l'eau ot reliée par des bras creux 72 et 73 à un moyen 74 dont les extrémités ont la forme d'un arbre creux 75 ct sont supportées pans des pa- liers 76 que présente l'étrier 55. Cet arbre 75 se prolonge à l'extérieur do l'étrier 55, le prolongement étant libre d'osciller dans l'échancrure 77 que présente le bâti princi- pal 51.
Sur l'extrémité prolongée de l'arbre 75 est clave- tée ou fixée d'une autre façon une roue dentée 78 ayant le même pas diamétral ou npproximntivement la même pas diamé- tral que la face cylindrique 79 dç la bague 71. Lorsque cet- te bague 71 et la roue dentée 79 sont dans leur position de fonctionnement, comma on l'a représenté, la roue dentée 78 engrené sur la roue dentée 64 dont la rotation entraînera. la rotation de la face périphérique 79 de la bague 71 dans le sens opposé à celui du mouvement de la face périphérique
57a de la bague 57, mais à la. même vitesse. La bague 71 est refroidie par une circulation d'eau de la même manière que celle qui a. été décrite à propos du la bague 57.
Les étriers
54 et 55 présentent chacun un bras prolongé 54a et 55a res- pectivement comme on l'a représenté. Une tige 80, dont la partie inférieure supporte une plaque 80a, est fixée à chacun de ces bras. Des poids rainures 81 reposent sur les plaques
80a et peuvent être réglés de telle façon qu'ils équilibrent le poids des étriers 54 et 55, dus bagues 57 et 71 et de lours engrenages sous une chnrge réglée d'une façon positive.
La largeur de la face périphérique 79 de la bàgue
71 et de la face périphérique 57a de la bague 57 est convena- blement choisie dons chaque cas d'âpres la largeur de la pel- licule métallique que l'on désire obtenir. L'épaisseur de ces facos cylindriques et la matière dont elles sont faites (par
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exemple acier, fonte,
cuivre ou autres métaux fortement con- ducteurs au point de vue sont choisies et détermi-- nées de telle manière qu'une quantité déterminée de chaleur soit enlevée des pollicules des divers métaux ou substances fondus de diverses épaisseurs qui doivent être formées sur les dites faces et portées par elles pour réaliser des longueurs de contact réglables et déterminées par les facteurs qui ont été indiqués ci-dessus. Comme on l'a antérieurement indiqué, l'état do la surface dos parties 79 et 57a précitées peut être choisi du telle façon qu'il influe d'une façon appropriée sur la vitesse do transmission calorifique à partir de la pellicule de métal fondu, suivant les résultats que l'on dési- re obtenir dans n'importe quel cas déterminé.
Le diamètre des bagues 57 et 71 est choisi suffisamment grand pour que la chaleur transmise à n'importe quelle portion des faces 57 et
79 soit dissipée à partir de cette portion par le système de refroidissement avant que la portion en question reçoive de nouveau du métal fondu,
Un récipient 82 est placé au-dessus de la sorte de poche formée entre les bagues 57 et 71, ce récipient étant , porté par des supports 83 faisant partie du bâti 51. Ce réci- pient est dostiné à recevoir -du métal fondu ou une autre substance fondue provenant d'un four de fusion ou d'une poche non représenté; co récipiont est destiné à maintenir une ali- mentation en matière fondue pour le fonctionnement de la ma- chine.
Il peut comporter un clapet 84 actionné par un col de cygne et levier de commande do construction connue, ce qui permet d'ouvrir et de fermer l'orifice de coulée ou tuyère 85, Ainsi, un courant continu de matière fondue peut être évacué par ln tuyère 25 ou bien des quantités de métal. fondu susceptibles d'être réglées successivement peuvent être déchargées d'une façon intermittente.
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Sous le récipiunt 82, on a prévu une pièce coulée 86 formant chambre de distribution ayant la forme d'un. canal rectangulaire formé. Cctte chambra est plus large que les faces des bagues 57 et 71 et elle comporte doux faces dispo- sées en regard de ces bagues et qui sont usinées d'une façon complémentaire par rapport aux faces des bagues en question.
Une fente est prévue au milieu do la chambre 86, cette fonte correspondant à une largeur maximum de la pellicule qui doit être forcée par la machine, mais étant plus étroitp que la largeur dos faces 57a et 9, de fnçon que les bords do la font.... laissant une surface suffisante porter contre les fn- ces des bagues pour assurer un joint parfaitement étanche à , l'air entre la pièce 86 et les faces des bagues précitées lorsque ces bagues tournent.
Grâce à cette disposition, on forme une ouverture de dimensions entre les faces des bagues précitées à l'cndroit de leurs points de contact. Des parties latérales rainurées ou échancrées 87 sont prévues dans la pièce coulée 86, ces parties latérales servant à enfermer ou à retenir en place une garniture lité- rale, ce qui a pour effet de former encore d'une façon étnn- che les bords dos bagues 57 et 71. A l'intérieur de la piéce moulée 86 est prévue une pièce coulée 88 à noyau et qui forme une chambre rectangulaire présentant deux fentes 89 et 90 de longueur ut do largeur choisies.
Le courant de métal 91 sortant de la tuyère 85 s'écoule à travers la chambre rectangulaire qui est de pré- férence revêtue de matière réfractaire; ce courant se divise en deux courants égaux qui sont évacués par les fentes pré- citées 89 et 90. Chacun de ces deux courants vient en con- tact avec une des faces 57a ou 79, se conforme de lui-même à ladite surface et est porté par elle sous la forme d'une pel- licule distincte 92 ou 93 dont les dimensions correspondent
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aux fentes d'alimentation 89 et 90.
Les deux pellicules ou couches se déplacent à la même vitesse sur une longueur déter- minée de contact avec les faces cylindriques refroidissantes, cette longueur ayant été antérieurement calculée et étant alors obtenue par réglage approprié dos positions des fentes d'alimentation 89 et 90, de ,tolle fnçon que la quantité de chaleur nécessaire soit enlevée des pellicules ou couches au /parcourue. moment où la longueur prédéterminée a été /.Lors- qu'on atteint ce point, les doux pellicules distinctes sont amenées à s'agréer ou sc réunir l'une à l'autre pour former- une pellicule ou bande uniquu recombinée 94.
Ce résultat peut être obtenu par réglage de l'espacement entre les faces 57a et 79 des bagues de façon que cet espacement soit égal à l'épaisseur totale des doux pellicules. Le déplacement ulté- rieur de la pellicule réunie se fait le long d'une ligne droite verticale, comme on le voit sur la fig. 8.
La pellicule 94 se déplace dans la direction in- diquée à travers une chambre ou canal inférieur 94a où elle est absolument à l'abri du contact avec l'air et où elle ne frotte pas contre les parois dudit canal; en conséquence, elle attaque sous une forme non brisée, non divisée et hon oxydée l'ouverture d'alimentation d'un moule ou d'une matrice 95 pour venir frapper le contour des cavités ou empreintes 96 de ce moule ou de cette matrice et pour se conformer d'el- le-même, sous l'action de sa vitesse de déplacement, au con- tour desdites cavités ou empreintes..
Un tuyau 97 aboutit à l'espace 98 pour aspirer l'air contenu dans cet espace afin d'exécuter toute l'opération sous vide ou pour faire circuler ou introduire des gaz de différentes compositions dans l'espa- ce en question lorsqu'on désire agir dans une atmosphère spé- ciale pour développer une réaction chimique désirée avec la pellicule ou les pellicules de métal fondu,
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Bien que le moule ou la matrice 95 puisse être de toutes forme et construction convenables, on n représenté sur le dessin un moule ou une matrice fuite en deux parties, chacune d'elles étant reliée par une tige 99 un piston 100 à commande pneumatique ou hydraulique.
La matrice comporte
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des plaquos-noynux 101 et des plnques d'éjection 102 Il est à re'.2;11'quer cepel1dnt que d'autres typos de moules ou de ma- trices peuvent Ctre utilisés avec la machine décrite ; par exemple des lingotières, des moules à sable ou des Moules con- tinus. La machine représentée sur la fige 8 peut être établie à des dimensions et avec une capacité telles qu'une pellicule épaisse obtenue par réunion soit formée, refroidie et diri- gée à une vitesse relativement faible dnns un moule, ou bien ladite machine peut être établie à des dimensions telles qu'elle résiste aux fortes vitesses périphériques des faces cylindriques pour former doux pellicules extrêmement minces
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faentiéne de l'ordre d' un xde ¯ millimètre d'épnissàr et pour entraîner la pellicule formée:
par réunion des deux pellicu- les précitées, dans des cavités de matrice ou de moule sans qu'il y ait, sous l'effet du frottement, perte de vitesse, les vitesses ainsi obtenues étant des vitesses qui n'ont pas pu jusqu'ici être réalisées dans les machines actuelles de coulée sous pression. Les produits coulés sous pression ou autres produits sont en outre caractérisés par le fait que toute leur masse présente la nouvelle structure primaire désirable qui a été décrite ci-dessus.
Sur la fig. 9, on a représenté un mode do réali- sation modifié d'un appareil qui, à certains égards,est d'une façon générale analogue à l'appareil do la fig. 8 et qui est destiné à former d'une façon intermittente à partir d'un courant unique dû matière fondue une succession de produits moulés ou coulés sous pression. Sur ladite fig. 9,
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la référence 117 désigne un récipient pour le métal fondu ou autre matière fondue, ce récipient pouvant être fait en toute matière convenable susceptible de résister à la température do la substance fondue 118 qu'il contient.
Ce récipient 117 est muni d'un couvercle 119 ayant, d'un côté. une ou- verture de chargement 120 au moyen de laquelle du métal fon- du pour être introduit dans le récipient à partir d'un four de f@, d'une poche ou d'un autre appareil analogue non représenté ou au moyen de laquelle du métal peut être intro- duit à l'état solide.
Il ost à remarquer que le récipient 117 est entou- ré par une pièce moulée 121 placée à une certaine distance du récipient 117 et ayant une forme générale analogue à celle du récipient lui-même; on forme ainsi une chambre 122 entre le récipient 117 et la pièce moulée 121. Des gaz chauds peu- vent circuler dans cette chambre dans le but de main- tenir la matière contenue dans le récipient à l'état fondu ou dans le but de fondre cette matière si c'est une matière à faible point de fusion telle que le plomb, le zinc, l'alu- ,minium ou leurs alliages.
Cette fusion ou ce maintien à l'état de fusion peut être obtenu au moyen d'un ou de plu- sieurs brûleurs 123 de tout type convenable, brûleurs qui sont alimentés par du gaz ou par tout autre combustible con- venable dans le but de maintenir la chambre 122 remplie de gaz chauds do combustion, un carneau de sortie étant prévu en 124.
Au fond du récipient 117 est prévue une ouverture 125 dans laquelle est placé un tube de déchargement 126 dont le passage s'évase vers l'extrémité supérieure en 128 pour former un siège pour la partie inférieure du clapet 129. Ce- lui-ci est fixé à une plaque 130 et descend à partir de cette plaque qui est supportée par une pièce verticale 131, laquel- le est associée à la pièce coulée 121 de telle manière que
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les pièces 130 et 131, et par conséquent le clapet, puissent être soulevées et abaissées dr'ns lu but d'ouvrir et .do fermer respectivement l'orifice prévu nu fond du récipient.
Le sou- lèvement et l'abaissement petvent être réalisés de toute' manière convenable, par exemple par 1'utilisation d'une tige 132 fixée à une extrémité à In plaque 130 et agissant dans un cylindre à piston,dans un dnsh-pot ou dans un solénolde 133.
La pièce moulée 121 fait partie, comme on l'a indiqué, de la pièce coulée principale 134 sur laquelle l'appareil est monté,
A pnrtir de la portion inférieure de la pièce mou- lée 121 s'étend vers le bas une pièce coulée tubulaire 135 légèrement arquée; cette pièce comporte une paroi latérale continue 136 et une paroi latérale discontinue 137, les sur- faces interrompues de cette dernière étant formées suivant un arc de cercle et formant ainsi des surface de support dans un but qui sera indiqué par la. suite, ces surfaces de support étant maintenues lubrifiées de. toute manière convenable.
A l'extrémité inférieure do cette pièce moulée ar- quée 135 est associé un moule ou une matrice convenable 138 qui peut être de toute forme désirée convenable, ce moule (ou cette matrice)ne faisant pas en lui-même partie de l'inven- tion. Ledit moule (ou ladite matrice) est formé en deux par- tics présentant les rainures ou les contours désirés à l'in- térieur de façon que lorsque les deux parties sont assemblées, les rainures ou évidements on question définissent la forme du produit à fabriquer.
,Sur la pièce moulée principale 135 est monté un cy- lindre 139 relativement grand, ce cylindre étant muni de re- bords circulnires 140. Ce cylindre est entraîné par un arbre excentré 141 muni d'une poulie 14la. Une roue à pignon ou un disque 142 de faibles dimensions est muni d'une poulie 143 et est entraîné par courroie au chaîne 144. Du fait de cette disposition, le cylindre 139 peut osciller autour de l'Arbre
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41 pour venir dans la position indiquée en pointillés en 139a. La pièce 142 en même temps se déplace jusqu' à la position indiquée en pointillés en 142. Dans ces positions, la machine est inopérante, mais elle peut être facilement mise en action de nouveau si l'on ramené les divers organes à leur position indiquée en traits pleins.
Dans les positions représentées en pointillé, des réparations ou dos réglages peuvent être faits si cela est nécessaire ou bien encore la machine peut simple- ment rester au reposa
Un cylindre 145 dans lequel agit un piston muni d'u- ne tige 146 sert à déplacer le disque 142 jusqu'à la position 142a et vice-versa. Pour chaque position du disque 142, le cylindre à rebords 139 a une position correspondante. Un galet, une roue dentée ou un organe analogue 147'est prévu à l'extrémité de la tige de piston 146 pour permettre la comman- de.
Puisque l'appareil fonctionne d'une façon intermittente ou discontinue, il est avantageux que le disque 142 et le cy- lindre à rebords 139 soient à la position de repos à partir de laquelle ils peuvent être rapidement et facilement ramenés à la position de travail lorsque la matière 118 s'écoule à tra- vers l'appareil pour produire une pellicule ou couche 147.
Lorsque l'appareil représenté sur la fig. 9 fonction- ne, de la matière fondue est chargée dans le récipient 117 et la température de cette matière est maintenue suffisamment élevéepour qu'elle reste à l'état fondu. Le cylindre à re- bords 139 est alors déplacé dans la position indiquée en traits pleins, position dans laquelle ce cylindre ferme la partie discontinue 137 de la pièce moulée 135;
le cylindre tourne alors en sens inverse des aiguilles d'une montre à une vitesse convenable. A ce moment, le clapet 129 est soulevé pen- dant une période de temps suffisante pour permettre à une quan- tité suffisante de matière fondue d'être déchargée par le tube
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126 pour remplir le moule ou la matrice 138, cette quantité étant déjà connue ou ayant été calculée antérieurement, comme il est facile de le comprendre d'âpres la description qui a été donnée à propos de la fig. 8. Le clapet est ensuite abaissé pour fermer l'orifice nprès que la quantité désirée de matière fondue a été déchargée.
Lorsque la matière fon- due abandonne le tube 126, elle est interceptée par la surf- ce métallique du cylindre à rebords 139 et elle subit immédia- tement une accélération pour prendre la vitesse de ce cylin- dre, pendant ce temps, le métal prend une forme analogue à une pellicule et devient plastique ou semi-solide à un degré suffisant pour qu'il puisse être nettement et proprement sé- paré du cylindre comme on l'a représenté et pour qu'il puisse se déplacer à la vitesse qu'il a acquise et dans la direction qu'il a prise jusqu'aux cavités du moule ou de la matrice où, sous l'action de sa force de choc, un produit moulé ou coulé sous pression est formé,
produit qui ait la structure primai- re refroidie et solidifiée et à composition uniforme telle qu'elle a été décrite précédemment. Comme on l'a expliqué précédemment, cn outre, la durée de contact du métal et du cylindre est déterminée à l'avance pour obtenir l'état requis du métal. Après le temps nécessaire désiré, le moule est ou- vert et le produit ust enlevé de cc moule, ce produit ayant des propriétés et des caractéristiques au moins égales à cel- les dus produits obtenus par certains procédés ordinaires et, dans beaucoup de cas, il a des qualités qui dépassent celles des produits antérieurs.
Il a été indiqué précédemment que l'appareil des fig. 1 et 2 pouvait être utilisé pour la fabrication de pou- dres à partir de la matière primitive. Il est évident que cela est également irai de l'appareil représenté sur les au-
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tres figures; pour ce dernier, il est simplement nécessaire d'éviter 1'notion do choc grâce à laquelle los particules sous- refroidies adhèrent les unes aux autres et de permettre aux dites particules de se déplacer sur une distance telle qu'el- les se solidifient individuellement pour former la poudre désirée constituée pnr de petites particules solides.
Les moules représentés sur le dessin pouvent être remplacés par des récipients convenables placés dans une position telle qu'ils reçoivent et qu'ils recueillent la poudre en question.
Dans les divers modes de réalisation d'appareils représentés sur le dessin, on a montré des moules qui sont susceptibles de donner des produits coulés individuels de forme prédéterminée. Toutefois, il doit être entendu qu'on peut utiliser des moules à partir desquels le produit est enlevé d'une façon continue, par exemple des coules ouverts aux extrémités peuvent être prévus pour la formation de ti- ges, de barres ou objets analogues, moules dans lesquels le produit est continuellement formé, à une extrémité, à partis de particules se choquant et est évacué à l'autre extrémité suivant une longueur continue du produit, pnr des rouleaux, galets ou autres organes analogues.
En outre, un dispositif susceptible de soumettre le courant de particules sous-refroidies à des forces de façonnage convenables à l'intérieur du moule peut être prévu, grnce à quoi des produits creux tels que des tubes peuvent être obtenus. Par exemple, un mandrin rotatif peut être placé au centre du moule tubulaire ouvert aux extrémi- tés et le courant de particules sous-refroidies peut être projeté dans le moule au voisinage de sa partie latérale.
Le courant de particules est en conséquence conformé et consolidé lorsque le mandrin tourne pour sc transformer en une pièce tubulaire correspondant à la partie annulaire pré-
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vue entre le moule et le mandrin; une longueur continue de tube peut être évacuée par l'extrémité ouverte du moule. Ce tube a une structure cristalline analogue à celle des produits auxquels il a été fait allusion ci-dessus.
Il est évident que de nombreuses autres modi- fications pourraient être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans que l'économie générale de l'invention s'en trouve pour cela. altérée.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un produit à par- tir de mâtine fondue procédé caractérisé par le fait qu'on forme à partir de ladite matière fondue une pellicule mince de cette matière, qu'on la sous-refroidit à une température prédéterminée inférieure au point de solidification de la matière et qu'on façonne-un produit prédéterminé à partir de cette pellicule sous-refroidie.
2. Procédé tel que celui revendiqué sous 1) pour la fabrication d'un produit coulé de forme déterminée, procédé caractérisé par le fait qu'on soumet la pellicule sous-refroidie précitée à des actions de choc pour former ledit produit.
3. Procédé tel que celui revendiqué sous 2) et caractérisé par le fait qu'on donne à la pellicule en question une certaine vitesse, de façon que cette pelli- cule se transforme en particules de ladite matière sous- refroidie et par le fait qu'on soumet lesdites pellicules à des actions de choc pendant qu'elles se trouvent encore à une température inférieure au point de solidification, dans le but de former le produit considéré.
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