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" Perfectionnements à la ooulée des alliages aluminium-ma- gnésium ".
La présente invention est relative à l'obtention d'une oomposition de sable de moulage convenant à la préparation de moules de sable vert dans lesquels on peut couler les alliages aluminium-magnésium sans aucune réaction défavorable entre le métal et l'atmosphère ou les composants de la composition de moulage.
Dans la pratique de la ooulée des métaux facilement oxydables en moules de sable vert, (ces moules étant définis, dans la présente description, comme étant des moules oonstitués par du sable humeoté d'eau) on a renoontré des difficultés considérables du fait de la réaction entre le métal et l'eau contenue dans le sable de moulage. Cette réaotion a pour effet la formation sur la surface du métal d'une épaisse oroûte d'oxyde qui peut gêner l'éooulement du métal dans le moule. La croûte d'oxyde est également
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susceptible d'adhérer à la pièce coulée dont la surface présente alors un aspect rugueux peu satisfaisant.
Dans le cas de certains alliages, la réaction peut se produire au-dessous de la surface de la pièce coulée, en sorte que l'effet de cette réaction ne peut pas être observé par l'inspection ordinaire. On a imaginé divers expédients afin d'éliminer l'eau du moule ; exemple on a tenté de sécher le moule avant d'y introduire le métal, ou d'employer un liant non aqueux , mais ces pratiques ont pour effet soit d'augmenter les frais d'obtention des pièces coulées, soit de nuire aux caractéristiques de moulage du sable.La demanderesse a en oon- séquence effectué des recherches très poussées afin de trouver des moyens plus pratiques de remédier à l'effet nuisible de l'eau sur le métal coulé dans un moule de sable vert.
La coulée des alliages aluminium-magnésium dans des moules constitués par du sable humecté d'eau pose un problème particulièrement diffioile en raison de la formation d'un anneau noir poreux immédiatement en-dessous de la surface de la pièce coulée. La présence de cet anneau est nettement liée à la présence de l'eau, car l'anneau n'apparaît pas dans des pièces moulées obtenues dans des moules de sable qui sont soit secs, soit obtenus par un liant non aqueux. La présence de l'anneau est indésirable parce qu'elle orée une zone poreuse en-dessous de la surface de la pièce coulée et réduit de la sorte la section transversale de l'aire de métal sain, ce qui diminue la résistance mécanique de l'article obtenu.
Cet effet nuisible se manifeste spécialement dans les seotions minces de la pièce coulée, dans lesquelles toute diminution d'épaisseur peut avoir pour résultat une mise au rebut précoce.
On a déjà employé des inhibiteurs d'oxydation dans la préparation des moules de sable pour la ooulée des alliages à base de magnésium, et il semblerait logique que les substan-
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ces communément employées pour protéger oes alliages contre la combustion dans les moules de sable, protègent aussi les alliages à base d'aluminium contenant du magnésium. Cependant l'expérience n'a pas confirmé cette hypothèse. Les différences entre les alliages à base de magnésium et les alliages à base d'aluminium contenant du magnésium sont bien nettes.
Par exemple, les alliages à base de magnésium sont seulement attaqués à la surface lorsqu'il sont coulés dans des moules de sable vert, tandis que les alliages à base d'aluminium contenant du magnésium présentent une zone oxydée infra-superficielle qui ne peut pas être décelée par simple inspection visuelle.
Dans la pratique commerciale, on emploie différents types de sable pour préparer les moules de sable destinés à la ooulée des alliages à base de magnésium et d'aluminium : un sable poreux et grossier qui est employé pour la première sorte de . ces alliages, et un sable à grains fins qui est employé pour la seconde sorte. Cette différence en ce qui concerne le sable utilisé nécessite des pratiques différentes de ooulée,et ce qui peut être efficace pour le traitement de l'un des types de sable pourrait fort bien ne pas convenir à l'autre type. Une autre distraction entre les deux sortes d'alliages à basedifférentes consiste dans la diversité de leur réaction vis&à-vis des substances ajoutées dans l'intention d'empêcher l'oxydation.
Le soufre, par exemple, qui a été communément employé dans les moules de sable pour la préparation des pièces coulées en alliages à base de magnésium,est totalement inefficace pour prévenir la formation d'un anneau dans une pièce ooulée en alliage à base d'aluminium contenant du magnésium. D'autres substances encore comme l'urée qui donnent des résultats satisfaisants pour la protection des alliages à base de magnésium, assurent une protection faible ou nulle contre'l'apparition d'un anneau dans les alliages à base d'aluminium contenant du magnésium.
Il résulte de ces .investigations qu'on peut dire en toute sécurité qu'on ne
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peut faire aucune prévision quant au comportement de l'un des types d'alliacé en présence d'une substanoe protectrice, connaissant l'action de la même substanoe sur l'autre type d'alliage.
L'un des objets de la présente inventio est d'empêcher la formation d'un anneau dans les alliages d'aluminium à base de magnésium qui sont coulés dans des moules de sable vert. On s'est proposé également d'incorporer au sable de moulage une substanoe qui non seulement empêchera la formation de l'anneau, mais qui, en même temps, ne détruira pas la oapaoité de moulage du sable. En outre,on s'est proposé d'employer une substanoe qui ne formera pas des fumées nuisibles au contact aveo le métal fondu dans le moule.
Après des recherches considérables, la demanderesse a découvert que l'incorporation de 1 à 10 % environ de fluorure ammonium dans un sable de moulage humecté d'eau empêche effioaoement la formation d'un anneau dans les alliages aluminium - magnésium ooulés dans des moules oonstitués par ce mélange. Si on le désire, on peut d'abord préparer le moule à la manière habituelle sans mélanger de fluorure d'ammonium au sable; ensuite on pourra traiter la oavité du moule en y pulvérisant une solution du sel ou sim- plement en saupdudrant les parois avec du sel mis en poudre avant de verser le métal dans le moule.
La demanderesse a
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3C" 4 constaté qu'ilYavantaged'employer une solution alcoolique de fluorure d'ammonium pour la pulvérisation et de laisser le solvant s'évaporer avant d'introduire le métal dans le moule. Des alcools aussi facilement vaporisables que l'alcool méthylique et l'alcool éthylique sont des solvants satisfaisants du fluorure d'ammonium. L'effet d'inhibition du fluorure d'ammonium est le même soit qu'on le mélange aveo le sable, soit qu'on le pulvérise simplement sur la surface du moule. La façon d'utiliser l'agent proteoteur
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dépendra dans chaque cas de la nature et du nombre de pièces coulées à préparer. Lorsqu'on désire seulement un petit nombre de pièces moulées, il est évident qul sera plus éoonomique de revêtir la cavité du moule que d'incorporer le sel au mélange de sable.
Les sables utilisés pour préparer les moàles de sable vert dans lesquels l'invention est mise en oeuvre, sont humec- tés de 4 à 9 % environ d'eau, c'est-à-dire que l'on ajoute juste assez d'eau au mélange sableux de moulage pour lui donner de la adhésion lorsqu'on moule. Les autres composants du mélange n'ont pas à être modifiés en raison de l'emploi du fluorure d'ammonium étant donné que ce sel ne détruit pas la cohésion du mélange de moulage.
Les avantages de la présente inventiop peuvent être mis en évidence en se référant à quelques essais comparatifs qui ont été faits. Un alliage aluminium-magnésium oontenant environ 6 % de magnésium et le reste en aluminium, a été coulé dans le type habituel de moule de sable vert constitué par un mélange de moulage de sable à grains siliceux et d'argile, le tout humecté d'environ 6 % d'eau. Une cassure de la pièce ooulée a montré qu'il s'était formé un anneau noir ou une zone de réaotion immédiatement en dessous de la surface, cet anneau ou cette zone n'étant pas visible à la surface par inspection ordinaire.
Une autre portion du même alliage a été ooulée dans le même genre de moule,mais dans lequel on avait pulvérisé une solution à 4,2 % de fluorure d'ammonium dans l'alcool @ méthylique, l'évaporation de l'alcool ayant été effectuée avant l'introduction,du métal.
Auoun anneau noir ne s'est révélé sur cette pièce coulée sauf dans une partie du jet de ooulée. Mais la partie utile de la pièce était propre et brillante. L'effet nuisible d'un anneau de ce genre sur les propriétés physiques d'un article coulé peut être mis en évidence par comparaison des propriétés des pièoes coulées ci-dessus. Les pièces coulées préparées dans
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le moule non traité avaient une résistance moyenne à la trao- tion de 16,45 kg. par mm2, une limite d'écoulement de 9,8
2 kg par mn et un allongement de rupture de 6,3 % sur 0,0509 m.
Les pièces coulées préparées dans le second moule ou moule traité avaient par contre une résistanoe moyenne à la traction de 19,5 kg. par mm2, une limite d'écoulement de 10,8 kg par mm2 et un allongement de rupture de 8,4 % sur 0,0509 m. Lorsqu'on prépare un mélange de sable de moulage et de fluorure d'ammonium il est préférable d'utiliser envi- ron 2 à 6 % de sel et d'humecter la masse de 5 à 7 % d'eau.
En général larsque la teneur du sable en eau est voisine de la quantité maximum admissible, il conviendra d'utiliser une quantité plus grande de fluorure d'ammonium comme pré- caution contre la réaction avec l'eau. Si on pulvérise le sable à la surface de la cavité du moule, soit une solution aqueuse, soit une solution alcoolique peut être employée, mais en pratique la demanderesse préfère le solvant alooo- lique en raison de sa plus grande volatilité. L'emploi d'un solvant de ce genre évite d'introduire plus d'eau dans le moule, et, à l'évaporation, le solvant laisse une couche de fluorure d'ammonium sur les parois de la cavité du moule.
Dans certaines conditions, un simple saupoudrage des parois du moule avec le sel en poudre peut fournir une protection suffisante oontre la formation de l'anneau noir. La oaraoté- ristique essentielle de l'invention dans tous les cas est de mettre le fluorure d'ammonium en contact aveo l'alliage aluminium-magnésium fondu.
Bien que l'invention puisse s'appliquer aux alliages à base d'aluminium contenant plus de 50 % d'aluminium, elle est spécialement efficace pour les alliages contenant entre 4 et 15 % environ de magnésium, ce qui est la gamme employée habituellement dans la fabrication des pièces Coulées en alliage aluminium-magnésium. Les alliages oontenant oe tte teneur en magnésium présentent l'anneau noir infra super-
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fiaiel qui a été décrit ci-dessus lorsque ces alliages sont coules dans le moule habituel de sable vert.
REVENDICATIONS.
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"Improvements to the process of aluminum-magnesium alloys".
The present invention relates to obtaining a molding sand oomposition suitable for the preparation of green sand molds in which the aluminum-magnesium alloys can be cast without any adverse reaction between the metal and the atmosphere or the components. of the molding composition.
In the practice of pouring easily oxidizable metals into green sand molds, (these molds being defined, in the present description, as being molds formed by sand moistened with water), considerable difficulties have been encountered due to the reaction between the metal and the water contained in the casting sand. This reaction has the effect of forming a thick oxide hole on the surface of the metal which can impede the flow of the metal in the mold. The oxide crust is also
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likely to adhere to the casting, the surface of which then has an unsatisfactory rough appearance.
In the case of some alloys, the reaction may occur below the surface of the casting, so the effect of this reaction cannot be observed by ordinary inspection. Various expedients have been devised in order to eliminate the water from the mold; For example, attempts have been made to dry the mold before introducing the metal, or to use a non-aqueous binder, but these practices have the effect of either increasing the cost of obtaining the castings, or of impairing the characteristics of sand molding. Applicants have therefore carried out very extensive research to find more practical means of remedying the deleterious effect of water on the metal cast in a green sand mold.
The casting of aluminum-magnesium alloys in molds consisting of sand moistened with water poses a particularly difficult problem due to the formation of a porous black ring immediately below the surface of the casting. The presence of this ring is clearly linked to the presence of water, because the ring does not appear in molded parts obtained in sand molds which are either dry or obtained by a non-aqueous binder. The presence of the ring is undesirable because it adorns a porous area below the surface of the casting and thereby reduces the cross section of the healthy metal area, which decreases the strength of the metal. 'article obtained.
This deleterious effect manifests itself especially in the thin segments of the casting, where any decrease in thickness can result in early scrap.
Oxidation inhibitors have already been used in the preparation of sand molds for the production of magnesium-based alloys, and it would seem logical that the substances
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these commonly used to protect the alloys against combustion in sand molds, also protect aluminum-based alloys containing magnesium. However, experience did not confirm this hypothesis. The differences between magnesium-based alloys and aluminum-based alloys containing magnesium are clear.
For example, magnesium-based alloys are only attacked at the surface when cast in green sand molds, while aluminum-based alloys containing magnesium exhibit an oxidized sub-surface area that cannot be detected by simple visual inspection.
In commercial practice, different types of sand are used to prepare sand molds intended for the casting of alloys based on magnesium and aluminum: a porous and coarse sand which is used for the first kind of. these alloys, and a fine-grained sand which is used for the second kind. This difference in the sand used requires different sanding practices, and what may be effective for processing one type of sand may not be suitable for the other. Another distraction between the two kinds of different-based alloys is the variety of their reaction to substances added with the intention of preventing oxidation.
Sulfur, for example, which has been commonly employed in sand molds for the preparation of magnesium-based alloy castings, is completely ineffective in preventing ring formation in a castings of magnesium-based alloys. aluminum containing magnesium. Still other substances such as urea which give satisfactory results for the protection of magnesium-based alloys provide little or no protection against the appearance of a ring in aluminum-based alloys containing magnesium. .
It follows from these investigations that we can safely say that we cannot
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can make no predictions as to the behavior of one of the types of alloy in the presence of a protective substance, knowing the action of the same substance on the other type of alloy.
One of the objects of the present invention is to prevent the formation of a ring in the aluminum alloys based on magnesium which are cast in green sand molds. It has also been proposed to incorporate into the molding sand a substance which will not only prevent the formation of the ring, but which, at the same time, will not destroy the molding quality of the sand. In addition, it has been proposed to use a substance which will not form harmful fumes on contact with the molten metal in the mold.
After considerable research, the Applicant has discovered that the incorporation of approximately 1 to 10% of ammonium fluoride in a molding sand moistened with water effectively prevents the formation of a ring in the aluminum - magnesium alloys coiled in oonstituted molds. by this mixture. If desired, the mold can first be prepared in the usual manner without mixing ammonium fluoride with the sand; then the cavity of the mold can be treated by spraying it with a salt solution or simply by sprinkling the walls with powdered salt before pouring the metal into the mold.
The plaintiff has
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3C "4 found that it is advantageous to use an alcoholic solution of ammonium fluoride for spraying and to allow the solvent to evaporate before introducing the metal into the mold. Alcohols as easily vaporizable as methyl alcohol and Ethyl alcohol are satisfactory solvents for ammonium fluoride The inhibitory effect of ammonium fluoride is the same whether it is mixed with sand or simply sprayed onto the surface of the mold. How to use the proteotor agent
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will depend in each case on the nature and number of castings to be prepared. When only a small number of moldings are desired, it is evident that it will be more economical to line the mold cavity than to incorporate the salt into the sand mixture.
The sands used to prepare the green sand molds in which the invention is carried out are moistened with about 4 to 9% water, that is to say, just enough water is added. water to the sand molding mixture to give it adhesion when molding. The other components of the mixture do not have to be changed due to the use of ammonium fluoride since this salt does not destroy the cohesion of the molding mixture.
The advantages of the present invention can be demonstrated by referring to some comparative tests which have been carried out. An aluminum-magnesium alloy containing about 6% of magnesium and the rest of aluminum, was cast in the usual type of green sand mold consisting of a mixture of molding of siliceous sand and clay, the whole moistened with about 6% water. Breakage of the cast part showed that a black ring or zone of reaction had formed immediately below the surface, which ring or zone was not visible on the surface by ordinary inspection.
Another portion of the same alloy was cast in the same kind of mold, but in which a 4.2% solution of ammonium fluoride in methyl alcohol had been sprayed, the alcohol having evaporated. carried out before the introduction of the metal.
No black ring was revealed on this casting except in part of the casting. But the useful part of the room was clean and shiny. The deleterious effect of such a ring on the physical properties of a cast article can be seen by comparing the properties of the above castings. Castings prepared in
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the untreated mold had an average tensile strength of 16.45 kg. per mm2, a flow limit of 9.8
2 kg per min and an elongation at break of 6.3% over 0.0509 m.
The castings prepared in the second mold or treated mold, on the other hand, had an average tensile strength of 19.5 kg. per mm2, a yield point of 10.8 kg per mm2 and an elongation at break of 8.4% over 0.0509 m. When preparing a mixture of molding sand and ammonium fluoride, it is preferable to use about 2-6% salt and moisten the mass with 5-7% water.
In general, when the water content of the sand is close to the maximum permissible quantity, a larger quantity of ammonium fluoride should be used as a precaution against reaction with water. If the sand is sprayed onto the surface of the mold cavity, either an aqueous solution or an alcoholic solution can be employed, but in practice the Applicant prefers the alcoholic solvent because of its higher volatility. The use of such a solvent avoids introducing more water into the mold, and, on evaporation, the solvent leaves a layer of ammonium fluoride on the walls of the mold cavity.
Under certain conditions, a simple dusting of the walls of the mold with the powdered salt can provide sufficient protection against the formation of the black ring. The essential characteristic of the invention in all cases is to contact the ammonium fluoride with the molten aluminum-magnesium alloy.
Although the invention can be applied to aluminum-based alloys containing more than 50% aluminum, it is especially effective for alloys containing between 4 and 15% approximately magnesium, which is the range usually employed in the manufacture of castings in aluminum-magnesium alloy. Alloys containing this high magnesium content exhibit the infra-super-black ring.
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bile which has been described above when these alloys are poured in the usual green sand mold.
CLAIMS.