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"Procédé d'obtention d'une composition utilisée en fonderie et produite formés au cours de ce procédé" .
La présente invention concerne de nouvelle compositions de sable utilisées en fonderie et elle vise également un procède permettant de former des moules et des noyaux de fonderie durcie à partir de telles compositions, à la température ambiant L'utilisation de moules en coquilles et de noyaux com- prenant du sable et un liant résineux est très répandue* .Normale- ment, on mélange intimement les particules de sable avec une petite quantité de résine thermodurcissable et on amené le mélange résul- tant à la forme désirée, après on fait durcir la résine en chauffant la masse mise en forme à des températures élevées.
Le moule ou le
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noyau résultants sont infusibles et possèdent une dureté adéquate pour le moulage de métaux en fusion versée dans ce moule ou sur le noyau. Le liant résineux se désintègre de préférence à la tempéra- ture atteinte, pendant la coulée du métal) lorsque la surface du métal en contact avec ce liant a acquis une forme définitive, pour faciliter l'extraction des noyaux hors des articles moulés, On es- time que le choix de liants appropriés et de quantités appropriées de ces liants en vue de mettre en oeuvre divers métaux entre dans le cadre de cette technique.
Il est bien entendu que l'élimination du traitement ther- mique nécessaire pour déclencher et achever la polymérisation du liant résineux apporterait de nombreux avantagea. Les tours ou autres installations nécessaires pour chauffer les moules pour- raient être supprimés ainsi que les frais initiaux entraînés par leur pose et leur fonctionnement. Les problèmes de la chaleur soulevés par le fonctionnement des dispositifs de chauffage se- raient également supprimés. Conformément A la présente invention, des machines de sablage pneumatiques peuvent être utilisées pour exécuter le durcissement à température ambiante des liants cata- lysés par un acide qui sont destinée à maintenir les particules de sable d'un noyau ou d'un moule dans la configuration désirée.
La présente invention a pour objet une nouvelle composi- tion de sable de fonderie contenant un liant polymérisable, cata. lysé par un acide, qui convient particulièrement bien pour être uti- lisée avec les machines de sablage pneumatiques servant à la forma- tion de noyaux et de moulea.
La présente invention @ donc pour objet un, composition de sable de fonderie comprenant 100 parties en poids de sable entre environ 1 et 6 parties en poids d'un liant polymérisable, catalysé
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louté 1 nubt par un acide, qui est infuaible quand Il est durci, et une solution >prouvé: aqueuse d'un catalyseur acide destinée au durcissement de ce liant, cette composition ayant un pli mixte compris entre environ 2 et 4,,5, l'acide contenu dans la solution de catalyseur et trouvant
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présent en quantité suffisante, mais en concentration initiale insuffisante pour faire durcir rapidement le liant.
Conformément à la présente invention, on a prévu une composition de fonderie, qui contient un liant polymérisable, catalysé par un acide, qui peut servir à. former des noyaux et des moules infusibles possédant une résistance mécanique satisfaisante à la température ambiante ainsi qu'une composition ayant une durée utile satisfaisante.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, on a conçu un procédé pour durcir rapidement une composition de fonderie sans élever la température de cette composition au-dessus de la température ambiante.
La présente invention vise également un procédé dans lequel on forme une composition de fonderie en mélangeant du sable, une solution acide aqueuse et un liant polymérinable et catalysé par un acide, ce liant étant présent en une quantité suffisante pour agglomérer ces particules de sable ensemble quand il est durci et l'acide de la solution acide aqueuse étant présent en une quantité suffisante mais en une concentration insuffisante pour déclencher une polymérisation rapide de ce liant; on donne & cette composition de fonderie la forme désirée;
enfin, on augmente la concentration de l'acide dans la solution acide aqueuse contenue dans la composition mise en forme en éliminant de l'eau d'une ma- nière sensiblement uniforme au moins jusqu'à ce que la concentra- tion de cet acide soit suffisante pour déclencher une polymérisa- tion rapide du liant.
D'autres caractéristiques de la présente invention rési- dent dans un procédé permettant de durcir rapidement une composition utilisée en fonderie, procédé grâce auquel la composition possède une dureté désirée dans toute sa masse. Ce procédé est également mis en oeuvre sans chauffer la composition au-dessus de la tempéra** ture ambiante, ce qui fait qu'on évite un durcissement trop poussé et l'amoindrissement de la résistance Mécanique de la surface des compositions de fonderie mises en forme.
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Enfin, la présente invention vise un procédé permettant de déclencher rapidement la polymérisation d'une telle composition à la température ambiante, sans utiliser de gaz nuisibles.
Les caractéristiques et avantages de la présente inven- tion ainsi que d'autres apparaîtront au cours de la description qui va cuivre.
On peut obtenir une composition de fonderie préparée par 'le procédé conforme à la présente invention en mélangeant ensemble du sable, un mélange aqueux d'un catalyseur acide comprenant un catalyseur de durcissement pour le liant, et un liant polymérica- ble catalysé par un acide* On peut amener la composition à une con- figuration désirée par projection de cette composition h partir d'un récipient classique pour le sable de fonderie sur un modèle classique pourvu d'évents par lesquels l'air peut passer,
On souffle ensuite de l'air à travers le mélange de fon- derie mis en forme* Au cours normal du passage de l'air à travers les évents du modèle et du mélange de fonderie déposé sur celui-ci,
l'eau contenue dans le mélange est rapidement évaporée jusqu'à ce que la concentration du catalyseur acide convienne pour déclencher une polymérisation rapide du liant thermodurcissable. Une coquille de moule dure et dense peut être complètement durcie pendant qui elle se trouve sur la surface du modèle. En outre, comme cela se fait le plus souvent, le moule ou le noyau peuvent être durcis en une période relativement courte à la température ambiante, après qu'on les a enlevés du modèle et après que le diluant du cataly- seur acide a été éliminé de la composition mise en forme. Un tel enlèvement du mélange pour fonderie mis en forme pour terminer le durcissement permet d'utiliser d'une façon optimum l'appareil mis en oeuvre.
Il ressort de la description qui précède du procédé que le mélange utilisé en fonderie doit contenir un liant approprié pour que les particules de sable conservent la forme désirée, au moins jusqu'à ce que le métal en fusion qui vient en contact avec
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ces particules ait prie une forme définie* Normalement, le ient, doit être présent en une quantité de 1 à 6 parties pour 100 par*
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tien en poids du sable et l'on veut qu'il assure la fonotioa dési- rée d'Agglomération " ;
/# Des liants appropriés comprennent des aubataHcea polyaK" risables noua forme de matières solides infusible., cotant talooûl turfurylique et ose 1lymère8 de viscosité faible, c'e.t-l-4ir. des polymères ayant une viscosité inférieure à 500 cent1poi..., au-delà de laquelle la répartition uniforme du liant sur lois particules de sable devient plus difficile. D'autres compositions résineuses jugées satisfaisantes et qui sont mentionné.. à titre illustratif et non limitatif comprennent les résines alcool fur-
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furylique-formaldéhyde, les résines alcool furt'ury.ique..urês Ion résines urée-f'ormald6hyde, les résines phénolfformaldéhyde et les résines alcool Surfurylique-I)h6nol-fomalddhyde.
Des catalyseurs appropriés pour déclencher une polyar,éri- sation rapide du liant comprennent l'acide sulfurique, l'acide
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phosphorique, l'acide dodécylbanzène sulfonique, l'acide maléique# l'acide tri,ah.araac8tiqua et les acides de Lewr.a, tels que le chlorure ferrique* N'importe quel catalyseur assurant un pH " mix- te" compris entre environ 2 et 4,5 est satisfaisant en ce qui con- cerne l'obtention du durcissement rapide désiré du liant; un tel
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acide doit avoir une volatilité faible.
La pH mixte" cet le pH d'une suspension de 10 Il'811111111 du mélange de sable de fonderie
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non durci dans 50 cm3 d'eau distillée neutres
La quantité spécifique de catalyseur acide devant être incorporée dans une composition de fonderie quelconque ne peut pas être donnée d'une façon particulière car la quantité nécessaire d'acide pour déclencher un duroiasement rapide du liant dépend de plusieurs variables, telles que le liant spécifique utilisé et la teneur en matière, alcalines du sable particulier utilisé.
La so-
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lution acide aqueuse utilisée dans le procède de la présente inven- tion doit être incorporée dans les mélanges de sable de fonderie
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de manière que ces dernière contiennent une quantité diacide suffi- sante, mais que la concentration initiait de cet acide doit insuf- fisante pour déclencher une polymérisation et un durcissement rapi- des du liant.
De façon similairela quantité de liant utilisée nécessairement dans Ion compositions de fonderie du type en question ne peut pas être donnée aved exactitude, Evidemment, la quantité de liant à utiliser dépend de la finesse du sablé$ étant donné que les sables plus fins exigent davantage de liant pour maintenir les grains agglomérés qu'un volume égal de sable plus grossiers La détermination de la quantité optimum des divers ingrédients pour la mise en oeuvre de la présente invention peut être faite par les techniciens qui auront compris le moyen général de la présente invention*
Les opérations habituelles dent la préparation de la composition conforme à la présente invention utilisée en fonderie comprennent le mélange du
catalyseur acide aqueux avec le sable, après quoi on ajoute le liant polymérisable et il se forme un mélange homogène* L'eau contenue dans le mélange dilue le cata- lyseur acide à un degré suffisant pour qu'une polymérisation rapide du liant ne puisse pas être déclenchée. Par conséquent} le mélange possède une durée utile désirée pendant laquelle on peut le manier et le mettre en forme facilement, sans qu'il se produise une poly- mérisation rapide entre les ingrédients du liant Malgré la présence du catalyseur.
Ainsi, pour amorcer une polymérisation rapide du liant) il faut éliminer de la composition de fonderie une quantité d'eau suffisante pour que le catalyseur acide devienne.. suffisamment concentrât L'eau peut être chassée par insufflation d'air ou d'un autre gaz inerte vis-à-vis des ingrédients de la composition, . travers la composition de fonderie, après qu'elle a été mise en place sur un modèle pourvu d'évents ou dans une botte à noyaux pourvue d'évents.
Dans un autre procédé d'élimination du diluant du cata-
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lyseur acide, la composition de fonderie et le moule dans lequel. elle est mise en forme peuvent Être soumis à une dépression en' . vue d'éliminer la quantité nécessaire de diluant du catalyseur; ce qui détermine le déclenchement de la polymérisation rapide du liant et un durcissement accéléré.
Si on laissait simplement la composition de fonderie mise en forme exposée à l'atmosphère ambiante normale pour élimi- ner le diluant du catalyseur, la partie de ce diluant se trouvant à la surface de la composition mise en forme s'évaporerait en fore mant une croûte dure, qui emprisonnerait le diluant restant dans le centre de cette composition. Ainsi, seule une " croûte" de la composition de fonderie mise en oeuvre durcirait et cette composi- tion posséderait une partie centrale molle ayant une résistance mécanique faible ou nulle.
On a constaté que l'air ou d'autres gaz inertes vis-à- vis des constituants du mélange de fonderie peuvent être chauffés et que leur passage initial au travers de ces constituantsau cours de l'évaporation du diluant aqueux du catalyseur, n'élève pas la température du mélange lui-même. La teneur en calories des gaz est initialement dépensée pour assurer le chauffage nécessaire à la vaporisation du diluant aqueux et elle peut, en fait, déter- miner un effet de refroidissement et un abaissement de la tempéra- ture de la composition de fonderie au début du passage du gaz à travers la composition.
En conséquence, on peut faire passer de l'air chaud à travers la composition de fonderie mise en forme jusqu'à ce que le diluant aqueux du catalyseur acide ait été sensiblement élimine* On peut alors arrêter l'envoi de gaz et on peut laisser le durcis* semant de la composition de fonderie (qui peut être normalement en* levée à ce stade du moule '.ou de la surface du modèle sans risque de rupture) se terminer à la température ambiante et en 2 ou 3 heures environ. Le tableau ci-après donne la température initiale constante d'une composition do sable de fonderie mise en forme
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quand on utilise de l'air chauffé à 6610 et la réduction initiale de la température de la composition quand on utilise de l'air chauti'ë a6-0.
Les compositions de fonderie essayées et avec lesquelles on a obtenu les résultats portés sur le tableau ont été amenées à une forme convenant pour l'obtention d'éprouvettes de traction se-
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lon le procédé décrit au paragraphe 14 de la 6èm édition de "The Foundry Sand Handbook publiéefen 1952 par The America Poundryments Society. Les éprouvettes obtenues ont la configuration générale d' une haltère d'une longueur d'environ 76,2 ma, d'une épaisseur de
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25,J mm et dont la partie centrale étranglée a une largeur de 25,4 mm, ce qui donne une portion centrale de 6,45 cm2 de section.
La composition de fonderie utilisée dans l'essai comprend
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2000 parties de sable, 16 parties en poids d'acide sulfurique à 25 % et 40 parties en poids d'un liant résineux contenant du for- maldëhyde et de l'alcool furfurylique dans un rapport moléculaire de 1 : 4. La composition a une durée utile d'environ 2 heures. Des thermocouples noyés dans les parois latérales de l'épreuvette oppo- sées à celles par lesquelles l'air pénètre dans celle-ci enregis- trent les températures portées ci-dessous, aux intervalles de temps mentionnés.
TABLEAU
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<tb> Temps. <SEP> (secondes <SEP> ) <SEP> Température <SEP> de <SEP> l'air <SEP>
<tb>
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6600 b6 C 0 25*0 250e 15 2100 30 2500 2200
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<tb> 45 <SEP> 26 C
<tb>
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60 25 Q 4900
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<tb> 75 <SEP> 51 C
<tb>
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90 5300 105 55 o 120 2990 5700
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<tb> 150 <SEP> 34 C
<tb>
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On notera sur le tableau que l'air chauffé à 66*0 n'élevé pas la température de l'éprouvette au-dessus de la température @m- biante (environ 25 C) avant 90 secondée.
L'air à 86 C abaisse ini- tialement la température de l'éprouvette sans doute en raison de l'évaporation plus rapide qu'avec l'air à 66 C et l'éprouvette ne dépasse pas la température ambiante avant environ 45 secondes. Les périodes initiales de 90 et 45 secondes sont adéquates pour chasser des éprouvettes le diluant aqueux du catalyseur. Normalement, les éprouvettes de composition de fonderie ont une cureté à vert suf- fisamment élevée (dureté de 80-90) à ce moment pour qu'on puisse les enlever du moule. On les laisse ensuite durcir complètement dans les conditions ambiantes pendant un temps relativement court ; (jusqu'à 3 heures).
Toutes les duretés des échantillons éprouvettes ! vertes non durcies mentionnées dans le présent exposé ont été mesurées au moyen d'un appareil d'essai de dureté à vert "Dieter"; la dureté sclérométrique des éprouvettes durcies a été mesurée au moyen d'un appareil d'essai de Dietert pour la mesure de cette dureté,
L'exemple 1 qui suit décrit le durcissement rapide d'une composition traitée conformément & la présente invention.
EXEMPLE
On mélange intimement des particules de sable avec une solution aqueuse de catalyseur à 25 d'acide sulfurique. On mélan- ge la composition résultante avec un liant résineux pouvant être durci par un acide en utilisant du formaldéhyde et de l'alcool furfurylique dans un rapport moléculaire de 1 : 4. Le quantité de! liant est égale à 2 % du poids du sable et la quantité de solution de catalyseur est égale à 40 % du poids du liant. La durée utile de la composition résultante est de 2 heures.
Un échantillon data lequel on a fait passer de l'air maintenu à une température de 66 C pendant 1 minute, et qu'on a ensuite laissé durcir pendant 10 minutes à la température ambiante, possède une résistance à la traction de 13,30 kg/cm2. Lorsqu'on prolonge jusqu'à 2 heures le
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temps de durcissement à la température ambiante d'une éprouvette
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dans laquelle on fait circuler de l'air A 6b c,endant 1.minute, la résistance à la traction à la traction de l'éprouvette est de
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17,20 ks/cm2.
D'autres éprouvettes obtenues à partir de la composition précitée possèdent une dureté aolérométrique interne de 80, au centre de l'étranglement de 6,45 cm2 de section, et une dureté
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8clérométriqut superficielle de 90 quand on y a fait circuler de ltair h b69G pendant 1 minute et lorsqu'elles ont ensuite durci à la température ambiante pendant 2 heures. Apres passage de l'air
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â 66'C pendant 75 secondes et durcissement, consécutif â la tempé- rature ambiante pendant 2 heures, les duretés solérométriques sont de lG et 97 respectivement et, après passage de l'air A 66.0 pern dant 90 secondes et durcissement consécutif à la température am- biante pendant 2 heures, ces duretés sont de 83 et 98, respective- ment.
Le passade de l'air à la température ambiante à travers une éprouvette pendant environ 5 minutes donne une dureté externe qui
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dépasse de plue de 0 la dureté aolérométr1que interne.
Un voit d'après les duretés icléromritriques qui sont mentionnées ci-dessus que la dureté superficielle externe est supé- rieure A la dureté externe lorsque l'éprouvette a été durcie. Une telle relation entre les duretés est évidemment désirable puisque la surface extérieure est celle qui est en contact avec le métal en fusion et lui donne sa forme dans une opération de moulage nor- male. De duretés sclérométriques de 60-90 sont absolument satis- faisantea pour mettre en forme les métaux en fusion les plus cou- raniment utilisés dans des opérations de moulage* La référence A des éprouvettes d'une "dureté satisfaisante" s'applique A une
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dureté sclérométrique comprise dans la gamme de z0-90 ou qui est encore plus élevée.
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On comparlr.
les duretés de l'exemple 1 avec le* duretés internes et externes de mélanges de fonderie mis en forme qui sont durcis à l'étuve. Les procédés dans lesquels on utilise des étuves
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nécessitent un durcissement progressif des mélanges de fonderie mie en forme depuis la surface extérieure jusqu'à la partie la plus central** Pour obtenir un durcissement approprié et la résistance mécanique désirée qui en résulte dans la partie interne de la composition mise en format un durcissement à l'étuve de
compositions de fonderie mines en forme détermine généralement un durcissement trop poussé à la surface externe et une réduction résultante de la dureté de surface,
La réduction de la dureté superficielle devient plus prononcée lorsque l'épaisseur du mélange de sable augmente étant donné qu'il faut un temps de durcissement plue long pour assurer la pénétration de la chaleur au centre du mélange comme le montre 1'exemple suivant EXEMPLE II
Dans un moule pour éprouvettes de traction, on tasse une composition de sable de fonderie contenant un liant céréale-huile courant, bien connu dans la technique, et on la fait cuire à 218 C pendant 1 heure.
La composition durcie résultante a une dureté in- terne moyenne de 93 et une dureté superficielle moyenne de 84, ce qui démontre une réduction de la dureté superficielle due au dur- cissement trop poussé nécessaire au cours d'un processus de dur- ciassement normal pour assurer l'obtention d'une dureté adéquate au centre* Le procédé de l'invention assure l'obtention d'un dur- cissement désire dans la section transversale entière de la com- position de fonderie mise en forme dans risque de durcissement trop poussé de la surfaces
Les exemples supplémentaires qui suivent illustrent la diversité des compositions qu'on peut utiliser dans la mise en oeuvre de la présente invention. Toutes les parties mentionnées pour les compositions citées dans les exemples suivants s'entendent
en poids. Les courants de gaz utilisés dans les exemples III à V pour éliminer les agents diluant le catalyseur acide sont à la tem- pérature ambiante. Dans les exemples I, II et VI à XIV, les échan- tillons utilisés sont des éprouvettes de traction formées comme décrit au paragraphe 14 dans "The Foundry Sand Handbook" .L'air
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chaud qu'on fait circuler à travers les éprouvettes des derniers
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exemples CA l'exception de l'exemple II) est de l'air ayant une te- neur en humidité relative de 60 56 à la température ambiante bzz Les compositions mentionnées dans les exemples suivants peuvent être durcies jusque une dureté satisfaisante en 5 minutes, en utilisant les courante d'air chaud indiques,
ou bien elles donnent des éprouvettes dans lesquelles l'humidité de la solution de cote. lyseur peut être chassée en 2 minutes et auxquelles on peut ensuite donner une dureté satisfaisante en les faisant durcir pendant 2 à 3 heures à la température ambiante,
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4El.PL,l1; in
Un mélange intimement 100 parties en poids de sable avec 4 parties d'une solution aqueuse à 25 % d'acide sulfurique. Un mé- lange uniformément le mélange résultant avec 5 parties d'alcool
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furturylique. La composition de fonderie résultante est un peu collante et durcit partiellement à la température ambiante en 3 heures.On place un échantillon de 6,35 mm dans un entonnoir de
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Buchner et on y fait circuler un courant d'air forçât L'échantll.. Ion durcit en 5 minutes.
On place d'autres échantillons dans un sécheur dans lequel on fait le vide; ces échantillons durcissent en 30 minutes*
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CEi4F' ""; On mélange 100 parties de sable avec 2 parties d'une
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solution aqueuse à 2 ; d'acide sulfurique et 5 parties d'alcool furfurylique, de la manière décrite dans l'exemple III. La durée utile du, mélange résultant ou sa durée de stockage, à la tempé- rature ambiante, est de plusieurs heures.
Une partie de l'échantil-
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lon, placé sous la forme d'une couche de 9 r 52 etm dans un entonnoir de Buchner dans lequel on fait passer un courant d'air forcé, fait prise en durcissant en 30 minutes.
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}!JCFl-1PL!t On mélange intimement 100 parties de sable avec 4 parties d'une solution aqueuse à 50 % d'acide phosphorique et 5 parties
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d'alcool furfurylique, de la même maniera que 4.au l'....p18 III. Le mélange résultant est sablé pendant plusieurs; ltAue8 à la température ambiante.
On fait durcir des échantillon* de ce mélange dans un aéoheur, sous vide, pendant 30 minât* * Des
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échantillons du mélange à travers lesquels on a fait eijeaxtï-a un courant d'air forcé durcissent en 1 heure de xm MttMHmtdLy ,t4.- de Buchner, "Sans les exemples suivants, daD.r < leaqael8 on. fait passer des &4% chauds à travers des éprouvettes de traatioa moulées$ le diluant aqueux conte= dans la composition peut tire éliminé en 2 minutes ou ¯'118. A la fin de ce aourt - laps de temps, on peut enlever la composition du saoule on modèle et la laisser durcir de façon satisfaisante à la toepe- rature, ambiante (environ 25-2700) en 2 à 3 heur...
DaDa les exemples suivante, le passage d'un courant gaze=$ chauffé aux températures indiquées, à travers les éprouvette moulées.
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détermine un durcissement complet des échantillons qui pren- nent une dureté satisfaisante en 5 minutes ou moins*
On peut donc voir que, conformément à la présente invention. on peut utiliser des courante gazeux chauffés ou se trouvant à la température ambiante pour éliminer un diluant queux* Au moment où le diluant est chasséla température de la composition elle-même n'a pas encore dépassé la température] ambiante @ à ce moment, on peut enlever la composition de la
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surface du modèle pour qu'elle achève de durcir à la températu- re ambiante, en 2 il 3 heures environ.
Le procédé de la prison-- te invention peut également Stre mie en oeuvre pour durcir ra- pidement et complètement des éprouvettes mises en forme jus- quà ce que leur dureté soit satisfaisante, en utilisant des courants gazeux maintenus à des température$ élevées, en quel'- que. minutes* A la fin de l'opération de durcissement, les éprouvettes possèdent une surface externe durci* dont la dure- té n'a pas diminué au cour. du durcissement à la suite d'un
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durcissement trop poussé, Un.1, si on désire obtenir un dur- cissement complet d'un moule ou d'un noyau de fonderie en un laps de temps minimum on fait durcir complètement la masse mise en forme en une seule phase de traitement au moyen d'un courant de gas chauffé.
Si le temps n'est pas un facteur criti-
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que, la composition mise en forme peut être durcie à la bam. pérature ambiante, lorsque 1 'humidité de la solution de aata lyeeur a été ohaissée par un courant gazeux qui peut être chauf- té ou se trouver à la température ambiante.
(EXEYPLE Il
On revêt 100 parties de sable avec une solution aqueuse à 25 % d'acide sulfurique servant de catalyseur, puis on mélange ce sable avec un liant résineux en utilisant du formaldéhyde et de l'alcool furfurylique dans un rapport mole culaire de 1 4. On utilise 2 parties en poids de rénine et 60 % de solution de catalyseur acide par rapport à la racine pouvant être durcie par un acide.
La durée utile du mélange
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résultant est de 2 heures et son pH mixte est de 2#209 Le diluant aqueux du catalyseur est chas.' sensiblement complète- ment de la composition en 2 minutes quand on fait circuler
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dans cette dernière de l'air à une température de 66*0 la composition durcit et atteint une dureté satisfaisante en $ minutes après avoir été soumis à l'action de l'air à 66"0*
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uiaau mi On enduit 100 partie* de sable avec une solution
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tueuse à 20 d'acide phosphorique et on combina .1 élans résultant avec 2 parties d'un* résine alcool tutur.rl1qu.. urée contenant 40 parties d'alcool furfuryliquo par 100 par. tie8 de composition totale de résine, La solution d$ catalyw- Beur acide représente 20 % en poids du liant, la durée utile de la composition résultante est de 4 heure..
Lthua1dit6 con- tenue dans la composition d'eprouvettea tonmiaex à l'action de l'air chaud mdntonu à une température d'environ 66* C est '8""
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siblement chassée a 2 minutée, après qua.1ar 'ut111on. ont une dureté suffisante pour pouvoir être démoulés et pour qu'on les laisse durcir à la température ambiante jusqu'à une dureté satisfaisante, ce qui demande heures environ. Le pH mixte de la composition de l'exemple VII est de 4,5.
Quand on augmente la quantité de catalyseur dans la composition de l'exemple VII jusqu'à 40 % en poids par rapport au liant,on obtient une composition ayant une durée utile de 3 heures et un PH mixte de 4. Cette dernière composition dur- cit plus rapidement en raison de l'activité accrue du cata- lyseur.
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Quand on augmente la gsanti té de catalyseur dans la composition de l'exemple VII pour la porter à 60 % du poids du liant résineux, le pH mixte est ramené à 3,6 et on obtient une composition qui atteint plus rapidement en prenant un état de dureté satisfaisant par durcissement, comparativement aux compositions similaires décrites ci-dessus et qui contiennent moins de catalyseur*
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E#M:PLE viii
On mélange des particules de sable avec une solution aqueuse de catalyseur à 25 % en poids d'acide sulfurique et un liant résineux composa de formaldéhyde et d'alcool furfury-'
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,iqaat dans un rapport moléculaire de 1 4.
La quantité de liant est égale à 2 % du poids du sable et la quantité de la solution aqueuse de catalyseur est égale à 40 % du poids du
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liant. La composition résultante à une durée utile do 2,ou et des éprouvette, quand on y fait circuler de l'air à " 86*0 pendant 45 secondes et qu'elles ont ensuite duroi A .1' . .
.,. 'b température ambiante pendant 2 heures, possèdent une résistais- ce à la traction de 21,55 kg/cm2. leur résistance à la rtt'-,w tion étant de 26 kg/cm2 quand on y fait circuler de l'air ' .-' " J.. à 86 C pendant 1 minute et qu'elles ont ensuite durci à la
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température ambiante pendant 2 heures, et de 28 kg/=2 quand
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on y a fait circuler de l'air à 66*0 pendant 2 minuta et qu'elles ont ensuite durci à la température ambiante pendant 2 heures. La. composition de l'exemple VIII ta pH mixte de 2,75.
EXEMPLE IX.
On forme des éprouvettes à partir d'une composition
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'similaire à celle de l'exemple VIII, à cette exception que la quantité de catalyseur eut égale à 25 % du poids du liant et à cette autre exception que l'acide sulfurique contenu dans la solution de catalyseur a été dilué avec de l'alcool méthylique ainsi qu'avec de l'eau. Après passage d'air chaud
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à ?8 C à travers ces éprouvettes, leur résistance à la traom <*.* tion est la suivante 19 kg/om2 après un passager T*air à 78 C pendant 40 secondes et durcissement consécutif à la
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température ambiante pendant 2 heures ; 1 22)7 kg/om2 après un passages l'air à 7800 pendant 45 secondes et un durcisse- ment consécutif à la température ambiante pendant 2 heures ;
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enfin, 22,55 kg/cm2 après un passage de l'air à 78''C pendant 1 minute et durcissement consécutif à la température ambian- te pendant 2 heures. La durée utile de la composition de sa- ble de fonderie du présent exemple est de ?1 heure et son pH, mixte est de 3, 25.
On notera que la composition du présent exemple IX possède une durée utile réduite malgé la concentration plus faible de l'acide par comparaison avec la composition de l'e- ample VIII, ce qui démontre que l'alcool méthylique est ino- pérant comme diluant pour empêcher la prise du liant et de la composition*
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Mr -MUDLE
On mélange des particules de sable avec une solu- tion aqueuse à 33 % d'acide maléique servant de catalyseur
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et un liant résineux contenant du formaldéhyde et de l'alcool furfurylique dans un rapport moléculaire de 1 : 4.
La quantité de liant résineux est égale à 2 % du poids du sable et la
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quantité dévolution de catalyseur est égale a 40 % du poids du liant polymérisable. On place la composition '1\11..' tante dans des moules de fabrication tracs- tion et on y fait circuler de l'air à une température de
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70-7200# L'huai dite deséprouvettes est chassée sensiblement en totalité à la fin d'une exposition de 2 minutes, après que:
les éprouvettes peuvent durcir de façon satisfaisante à la températuee ambiante en moins de 3 heures a composition de fonderie initiale a une durée utile de 2,5 heures et un
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pH mixte de 3t250 fV- EXEMPLE XI ' On mélange des particules de sable avec une solu-'
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tion aqueuse à 50 % d'acide trohloroac't1qu. comme cataly- oeur et un liant polymérisable contenant 1 mole de lôr.ma1d" hyde pour 4 moles d'alcool furfuryliquet La quantité de liant! est égale à 2 % du poids du sable et on utilise 2? % de so- lution de catalyseur acide par rapport au poids du liant.
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Lorsqu'on a fait circuler de l'air à 9100 1 travers des dproum- vottes obtenues à partir de la composition résultante! elles durcissent complètement et de façon satisfaisante en 5 minou- tes, La composition de fonderie de l'exemple XI a une durée
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utile de 3 heures et un p9 mixte de 40
Quand on augmente la quantité de solution à 50 % de catalyseur à l'acide trichloroacétique jusqu'à 40 % par rapport
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au liant résineux, on obtient une composition ayant M6XlbX¯ # / blement la atze durée utile de 3 heures mais do t >1# p3 sixte est ramené à 3,5.
On obtient des échantillons d'uae'doawté : satisfaisante en faisant passer de l'air cb.autt:. ....,f,}t,. {" travers ces échantillons pendant moins de 5 ipMî||µ ' EXELOPLE XII ÎM$$Mffi-*- On mélange des particules d..abl..'1'" .."ol.. >j\i "" tien aqueuse a 25 % d'acide sulfurique et un liant $sia.eax contenant de l'alcool furfurylique et du formaldéhyde dans
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un rapport moléculaire de 4 1 le On utilise 2 % de liant par rapport au poids du sable et on utilise 40 % de solution de catalyseur par rapport au poids du liant, Des échantillons
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obtenus à partir de cette deanière composition, quand on 7 .
fait circuler de l'azote à une température de 60*0 pendant 1 minute, et qu'on les a ensuite lainai durcir à la température ambiante pendant 2 heur.., possèdent une résistance à la
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traction de 22#25 lcgjam2. La composition de l'exemple XII a une durée utile de 2 heures et un pH mixte de 2,7.
EXEMPLE XIII On mélange des particules de sable avec une solution aqueuse à 50 % en poids de chlorure ferrique comme catalyseur et un liant résineux contenant du formaldéhyde et de l'alcool
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furfurylique dans un rapport moléculaire de 1 t 4 Ira por- portion de liant eavb égale à 2 % du poua du isable et la proportion de catalyseur représente 20 % du poids du liant.La durée utile de la composition résultant$ est de ,
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3 heures et son pH sixte est de 3,6 Les échantillons obte- n'us à partir de la composition du présent exemple durcissent de façon satisfaisante en 5 minutes quand on les soumet à l'action d'air chauffé 4 6't.
On élimine Complètement l'hu- midité d'autres échantillons en 2 minutée, puis on les lait- se durcir à la température ambiante et leur dureté est satin- faisante en 2 à 3 heures*
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Quand on porte à 40 6 en poids la quantité de solu- tion aqueuse à 50 % de chlorure ferrique servant de oatal78' r, par rapport au poids du liant, la durée utile est ramenée à 2,5 heures. Le pH mixte de cette dernière composition est de 3,2.
Des échantillons de ladite composition durcissent de façon! satisfaisante en des temps beaucoup plus courts que la composi- tion à 20 % en poids tout en donnant une dureté satisfaisante en raison de l'activité plue grande du catalyseur*
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On mélange des particules de sable avec une solution aqueuse à 20 % d'acide phosphorique comas catalyseur. On coït- bine le mélange résultant avec le liant polymérisable consti- tué par une résine urée : formaldéhyde dans laquelle le rapport moléculaire urée-formaldéhyde est de 1 : 2.
On utilise 2 % (le liant ,par rapport au poids du sable et 50 % en poids de la so- lution aqueuse de catalyseur à l'acide phosphorique par rapport au poids de la résine. La durée utile de la composition de l'exemple XIV est de 3 heures et son pH mixte e:..t de 3,8.
Dans les éprouvettes de traction obtenues à partir de la compo- sition du présent exemple, on fait circuler de l'air chaud maintenu à 69 C pendant 1 minute, puis on les laisse durcir à la température ambiante pendant 2 heu@es. La dureté superti- oielle de ces éprouvettes est de 70. Lorsque de l'air' à 69 C a circulé pendant 1,5 minute dans ces éprouvette et qu'elles ont durci à la température ambiante pendant moins de 3 heures, elles ont une dureté superficielle de 75. On obtient des dure- tés sclérométriques satisfaisantes en 5 minutes en utilisant de l'air à 69 C.
Comme cela ressort des exemples qui précèdent, on peut utiliser un grand nombre de compositions de sable de fon- derie, contenant divers liants polymérizables, lui font in@u- Bibles quand ils sont durcis,avec des solution,aqueuses di- luées de catalyseurs acides. Dans des procédés le ce genre, l'eau contenue dans la solution de catalyseur est évaporée jusqu'à ce que la concentration de l'acide soit suffisante pour déclencher une polymérisation rapide du diluant polymé2ri- sable afin d'effectuer un durcissement rapide.
La quantité de catalyseur doit être suffisante pour déclencher une polyméri- sation rapide du liant et la quantité de ce dernier doit être suffisante pour déterminer l'agglomération désirée ides grains ' de sable sous forme d'une coquille de moule ou d'un noyau,
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Avant le déclenchement de la polymérisation rapide du liant, les compositions de fonderie peuvent être mises en forme avec facilitée Une fois que la polymérisation est déclenchée, les compositions de fonderie cessent d'être capables d'être mou- lées et le durcissement final est amorcé.
Etant donné que le liant polymérisable spécifique peut varier,la quantité de catalyseur acide aqueux qui est nécessaire pour polymériser ce liant varie également, cette variation étant déterminée par des taux d'alcalinité varia- bles du sable et des indices d'acidité nécessaires pour la po- lymérisation du liant polymérisable. Normalement, la propor- tion de ce dernier devrait être comprise entre 1 et 6 parties par rapport au poids du sable ; comme on l'a fait ressortir, la quantité de liant est fonction de la finesse du sable. La quantité de catalyseur acide, comme on l'a également mention- né, ne peut pas être donnée avec précision. Le sable utilisé dans les exemples I, II et VI à XIV a une finesse AFS de 50 à 55 (déterminée par American Foundry's Society), et le sable des exemples II à V est un sable de silice d'une finesse AFS de 75.
Il cet évident que la nature particulière de la ma- tière réfractaire utilisée est sans grande importance et que les opérations du procédé conforme à l'invention qu'on vient de décrire peuvent être mises en oeuvre avantageusement quelle que soit la nature du liant polymérisable et du catalyseur choisis. Le catalyseur doit de préférence donner un pH mixte d'environ 2,2 à 2,75 quand on mélange 10 g du mélange de sable de fonderie terminé avec 50 cm3 d'eau distillée neutre, Toutefois, des catalyseurs acides qui donnent des compositions de sable de fonderie avec lesquelles le pH est compris entre 2 et 4,5 environ peuvent être utilisés quand on met en oeuvre le procédé décrit.
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Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre indicatif et non limitatf et qu'on peut y apporter de nombreuses modifications sans sortir pour cela du cadre de la présente invention, REVENDICATIONS.