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" Moulage de métaux "
La présente invention est relative au moulage de métaux et elle a pour objet des perfectionnements de gran- de importance dans le moulage du cuivre, des alliages à base de cuivre, de l'aluminium, das alliages à base d'aluminium, etc.
On a proposé depuis longtemps de fabriquer des pièces moulées de longueur indéfinie en introduisant du métal liquide dans un moule ou forme, en refroidissant le métal par élimination de la chaleur à travers les parois du mou- le et en tetirant d'une façon continue le métal solidi- fié, mais la proposition n'a jamais eu de succès . En fait, les résultats étaient si peu satisfaisants que d'autres procédés et moyens, consistant par exemple à éliminer presque toute la chaleur le long du métal préalablement solidifié, furent proposés au cours des tentatives pour mouler avec succès le métal d'une manière continue .
Grâce à certains perfectionnements réalisés par la présente invention, il est maintenant possible de mou- ler aveo succès les métaux non ferreux ou leurs alliages
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d'une manière continue par une opération dans laquelle on solidifie le métal par élimination de la chaleur à travers les parois du moule .
A la suite d'expériences;et de reoherches longues et variées, on a découvert que la raison principale des in- succès répétés rencontrés lors des tentatives pour mouler en continu des métaux non ferreux, particulièrement le cui- vre ou ses alliages, par des procédés dans lesquels on employait l'élimination de la chaleur à travers les parois du moule, était le fait qu'on n'appréciait pas pleinement et qu'on n'évaluait pas les caractéristiques essentielles de la forme ou du moule lui-même , En se basant sur cette découverte, on a maintenant trouvé que pour fabriquer des pièces moulées saines de la manière proposée, il fal- lait que la matière constituant le moule possède certaines caractéristiques .
Parmi ces caractéristiques, des recherches ont montré que la matière dont est constituée le moule ou la forme doit être une matière non seulement réfractaire et prenant un poli extrêmement lisse, mais elle doit encore posséder une conductibilité thermique d'une valeur convenable et res- ter stable sous l'influence d'un changement et d'un choc thermique . En outre, la matière ne doit pas être mouillée par le métal, c'est-à-dire elle doit se comporter d'une façon semblable au mercure et non comme l'eau dans un tube de verre, et la grosseur de ses grains ne doit pas dépas- ser 40 microns et elle doit avoir une porosité ne dépas- sant pas 20%, la grandeur des pores ne dépassant pas 40 microns.
Il doit être bien entendu que les chiffres rela- tifs à la grosseur des grains, à la porosité et à la gran- . deur des pores sont des maxima et que des chiffres :plus bas sont à préférer si. la matière possède les autres carac- téristiques .
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Aux dessins annexés, montrant différentes formes d'appareils dans lesquelles on a appliqué les principes de l'invention;
La figure 1 représente une vue en coupe d'une ferme d'exécution d'un appareil pour la mise en application, de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe du moule montré dans la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe d'un moule composé, et la figure 4 est une vue en coupe d'une variante du moule.
En se référant aux dessins, on y voit un four 10 mon- té sur une plate forme 12 portée par des poutres 14. Un récipient 18, monté sur des blocs réfractaires 16, contient le métal en fusion 20. Le four 10 est chauffé par des moyens appropriés quelconques ( non représentés) tels que des brû- leurs à huile ou à gaz ou des moyens de chauffage électri- que.
A partir du fond du réservoir 18 s'étend un moule ou forme 22, encastrée dans ce fond et présentant un canal ou passage 24 et entourée d'une chemise de refroidissement 26 convenablement reliée à une arrivée 28 de fluide refroi- dissant, à un tube de trop-plein 30 et à une sortie 32. Une plaque 34 délimite une chambre 36 immédiatement en dessous du moule 22 et l'arrivée de gaz 38 conduit à la chambre 36.
Il est prévu des rouleaux 40 pour retirer le métal du moule quand il est solidifié.
Comme indiqué ci-dessus, la forme ou moule doit être constitué par une matière possédant certaines caractéris- tiques et propriétés définies. Parmi les matières englo- bées par l'invention, la plus importante est le graphite de très grande densité, sans oublier que le graphite qui peut être obtenu par précipitation chimique et aggloméré @
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sous très grande pression avec du carbone colloïdal COMME liant, ne doit pas être confondu avec les graphites crdi- naires ou même les graphites appelés à l'ordinaire graphi- tes " denses " Jais qui sont inefficaces dans le présent procédé. En d'autres termes, seuls les graphites rempli s- sant les conditions spécifiques indiquées ci-dessus sont visés.
Le carbure de bore (B4C) est une autre matière qui remplit les conditions énumérées ci-dessus et qui a été employé avec succès.
Cependant, en utilisant une matière possédant les caractères spécifiques déjà indiqués, la construction de la forme ou du moule peut varier beaucoup et plusieurs variantes de construction sont représentées au dessin annexê . Dans les figures 1 et 2 est représenté une cons- truction de moule relativement simple comportant un moule 22 présentant un collier 42 noyé dans le fond du récipient 18 . Le canal 24 du moule est légèrement conique pour fa- ciliter l'extraction du métal solidifié . Autour du moule est disposé une chemise 26 destinée à la circulation d'eau ou autre fluide refroidissant depuis l'arrivée 28 jusqu'à la sortie 32 en passant par le trop plein 30.
Etant donné que le point le plus important, en ce qui @oncerne le moule, est la surface qui est en contact avec le métal dans la z8ne de solidification, il est nécessaire d'employer une matière présentant les caractéristiques énu- méréés ci-dessus pour le revêtement du moule seulement.
Ceci permet de faire le reste du moule en une autre ma- tière, d'où il résulte une économie sensible . On peut ainsi établir des moules composés comme ceux représentés aux figures 3 et 4.
En se référant à la figure 3, on y voit un moule dans lequel seul le revêtement 44 est en matière visée par l'invention, le corps principal 46 du moule étant consti-
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tué par exemple par du graphite dense ordinaire . Le revê- tement 44 est fixé dans la partie formant le corps 46 par des filets de vis 50. Entre le fond du récipient 48 et le haut de la chemise de refroidissement 56 est disposé un manchon en mica 52 entouré par un serpentin de chauffa- ge 54 enrobé dans un isolant 58, ce qui permet de surchauf- fer sensiblement le métal juste avant sa solidification ce qui a été reconnu comme avantageux'dans certaines opérations. Le moule composé montré à la figure 4 est sem- blable à celui montré à la figure 3, mais il ne compacte pas de serpentin de chauffage et pas d'isolant.
Le fonctionnement est le suivant : On ferme le fond du moule ou forme au moyen d'un bouchon convenable avant d'in- troduire du métal dans le récipient 18. Le dispositif peutavantageusement comporter une barre de même diamètre que la pièce qu'on veut mouler et elle se prolonge de préfé- rence entre les rouleaux 40, facilitant ainsi l'extraction de la barre au début de l'opération de coulée . Le métal, tel que le cuivre ou un alliage de cuivre, à mouler est alors introduit dans le récipient 18 et y est maintem à l'état liquide approprié . On fait passer un liquide de refroidissement approprié, tel que de l'eau, dans la chemi- se entourant le moulepour solidifier le métal dans le mou- le.
Le métal qui entre le premier dans le moule se soude au bouchon de fermeture et au moment approprié, on imprime à la barre de départ un mouvement longitudinal, en reti- rant ainsi la pièce moulée de la forme. Pendant l'extrac- tion de la pièce moulée, du métal additionnel se solidifie plus haut en réalisant ainsi une pièce moulée continue en longueur. De préférence, on introduit un gaz non oxydant, tel que du gaz d'éclairage, dans la chambre 36 par l'arrivée 58 pour éviter l'oxydation de l'ensemble du moule qui, autre- ment, serait considérable aux températures auxquelles on opère.
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Les exemples spécifiques suivants, se rapportant à des opérations pratiques serviront à montrer comment l'in- vention peut être mise en oeuvre.
Exemple 1.
Dans cet exemple, on a employé un moule en graphite très dense, comme il a été décrit plus haut. L'installa- tion de moulage était du type représenté, à la figure 3, un serpentin en alliage au nickel-chrome entourant le moule entre le réservoir et la chemise d'eau. La partie formant le corps principal du moule consistait en graphite dense ordinaire. La longueur totale du moule était de 19,04 cm. et le moule proprement dit, en matière possédant les carac- téristiques essentielles énumérées ci-dessus, s'étendait vers le bas sur une distance d'environ. 13,20 cm. à partir de la partie supérieure du moule . Le haut de la chemise d'eau était à 9,52 cm. de haut du moule et celui-ci avait un diamètre de 3,81 cm.
Au début de l'opération, le cuivre avait une tempéra- ture de 1171 C . et fut retiré à la vitesse de 3,55 cm. par minute . Par la suite, la température du cuivre fut élevée à environ 1190 C. et la vitesse d'extraction augmen- tée à environ 7,61 cm., et ces conditions furent maintenues jusqu'à la fin de l'opération . Le métal obtenu était en- tièrement sain, présentait une excellente surface et était formé de cristaux angulaires disposés à un angle de 45 en- viron.
Exemple 2.
En utilisant une construction telle que celle repré- sentée à la figure 4 avec un moule ayant un diamètre de 2,54 cm., conique dans le rapport de 3,00 cm. par mètre, on a retiré du cuivre fondu ayant une température de 1162 C. à la vitesse de 5,07 cm. par minute, cette vitesse fut graduellement augmentée à 10,91 cm. par minute et maintenue jusqu'à la fin de l'opération. La température de la barre
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moulée en continu, qui présentait une surface excellente et parfaitement saine, était de 982 C. environ à la sortie du moule. Un examen de la pièce moulée a montré qu'à des vitesses d'extraction inférieures à 7,61 cm. par minute, les cristaux étaient angulaires mais qu'à des vitesses supérieures à ce chiffre, la structure cristalline était radiale .
Exemple 3.
On a employé un moule du type représenté à la figure 4 dans lequel 10,16 cm. du moula étaient entourés par la che- mise d'eau, on a coulé du cuivre phosphoreux contenant environ 1,25 kg. de phosphore par 1000 kg. de métal, à une température de 1210 0., à une vitesse d'extraction de 7,62cm par minute, la température de la barre sortante étant Envi- ron de 852 C.La vitesse d'extraction fut augmentée pour att eindre une vitesse de 15,24 cm. par minute en employant du métal à la température de 1127 0., la pièce fondue sor- tant à une température de 910 0. la pièce moulée ainsi fa- briquée en continu était parfaitement saine et présentait une structure cristalline entièrement radiale.
On voit donc qu'en employant un moule présentant les caractéristiques précitées, on peut effectuer avec succès des opérations de moulage en continu, comportant applica- tion du principe de l'élimination de la chaleur à travers les parois du moule ou forme. Il y a lieu d'ajouter égale- ment quren plus de la constitution du moule (au moins la partie en contact avec le métal) en une matière qui possède les propriétés décrites, il est également préférable de prévoir une légère conicité pour des formes dont le diamè- tre est plus petit que 5,08 cm. environ pour faciliter l'ex- traction de la pièce moulée. Avec des pièces moulées de dia- mètre plus grand, par exemple des barres de 7,62 cm.
ou plus' de diamètre, on peut très bien se dispenser de donner au mou- le une forme conique, la contraction du cuivre par suite de (
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sa solidification étant suffisante pour constituer un jeu convenable.
Bien qu'on ne sache pas exactement pourquoi la matière pour la forme ou le moule doit posséder les caractéristiques qui ont été trouvées si essentielles, il est bien passible que la formation de cristaux radiaux ou angulaires tels que ceux qui se forment quand la chaleur est éliminée par la pa- roi du moule, entraînent des conditions qui n'existent das dans le cas de la cristallisation longitudinale. Cependant, quelque soit l'explication, on a démontré clairement que, grâce à l'invention,l'utilisation d'un moule poli fait en une matière de la classe décrite,telle que le graphite exces- sivement dense ou le carbure de bore,permet le moulage en continu du cuivre et autres métaux et alliages non ferreux, par des procédés dans lesquels la plus grande partie de la chaleur est éliminée par les parois du moule.