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procédé de préparation de moules pour la coulée des métaux et alliages
La présente invention est relative à la confec- tion des moules destinés à la coulée des métaux et des al- liages métalliques. Elle permet de préparer des moules ayant des propriétés particulières et exigeant moins de parachèvement à cause notamment-d'une plus.-grande régu- larité de la surface et d'une plus grande précision des dimensions.
Pour la confection des moules, on emploie géné- ralement un sable spécial, appelé sable de fonderie, qui peut contenir une certaine quantité d'argile ou de craie.
On utilise également de la silice en poudre, des silica- tes minéraux ou des matières analogues. On mélange cet aggrégat avec de l'eau additionnée d'une quantité plus
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ou moins importante d'un faible agent liant de manière que le sable conserve sa forme pendant le séchage. Le moule achevé doit, d'une part être assez résistant pour empêcher la percée du métal et d'autre part, avoir une porosité suffisante pour permettre l'échappement des gaz qui se dégagent pendant la coulée.
On sait que la confection des moules exige une main-d'oeuvre spécialisée et que cependant les'moules pré- sentent ordinairement de nombreux défauts. La dureté des moules varie d'un point à l'autre; le retrait au séchage ne peut pas être déterminé exactement, les dimensions des pièces coulées ne sont donc qu'approximatives; la surface des moules est plus ou moins rugueuse; l'humidité restant dans un moule imparfaitement séché provoque des défauts par suite de la vaporisation de l'eau pendant la coulée du mé- tal surtout quand il s'agit de magnésium; enfin, quand on traite des métaux fondant à températures élevées, la ma- tière du moule qui n'est pas assez réfractaire se fritte au contact du métal et forme à la surface de celui-ci une croûte dure qu'il est difficile d'enlever par la suite.
Selon la présente invention; la méthode pour confectionner un moule ou un noyau pour la coulée des mé- taux consiste à mélanger un aggrégat réfractaire usuel avec un liant liquide contenant un composé organique du silicium pouvant se durcir. On emploie ce liant liquide en quantité telle qu'on obtienne une masse ayant la même consistance que le sable de fonderie habituel; on doit évidemment éviter d'ajouter trop de liquide, sinon on forme une boue ou une pâte. On moule la masse autour d'un modèle, soit à la main, soit à l'aide de procédés mécaniques.
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Une fois que le liant a fait prise, on enlève le modèle.
On peut éventuellement chauffer le moule dans le but de dur- cir le liant ou de le transformer en silice anhydre.
On a déjà proposé de préparer des moules de dents artificielles en traitant un silicate organique de manière à facoriser l'agglomération des particules de silice col- loidale, en mélangeant le liant ainsi préparé avec une ma- tière fortement réfractaire et en faisant faire prise au mélange placé dans un modèle de forme convenable. En opé- rant suivant ce procédé, on mélangeait l'aggrégat réfrac- taire avec un excès de liant et on éliminait celui-ci en soumettant la masse à des vibrations de manière à séparer le solide par sédimentation ou, alternativement, on utili- sait une proportion relativement plus forte de silice et on travaillait la pâte par pétrissage.
La présente inven- tion, envisagée sous son aspect le plus large, diffère de ce procédé antérieur par le fait que la technique du tra- vail est la même que celle habituellement pratiquée dans les fonderies, avec la seule différence qu'au lieu d'eau, on emploie un liant liquide à base de silicate organique.
On réalise une masse pulvérulente, humectée par -le liant dans une proportion telle que le moulage se produit par simple pression. De plus, il est décrit dans la présente demande des modes de préparation particuliers qui n'étalant pas prévus par le procédé antérieur.
Des recherches récentes ont montré que les pro- duits d'hydrolyse des esters siliciés (tétraalcoyloxy- ou aryloxysilicanes) peuvent servir pour la préparation de liants liquides stables. On a trouvé notamment qu'un
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ester partiel dans lequel un seul groupement ester est hydrolysé (c'est-à-dire auquel une molécule d'eau a été ajoutée) est stable même en présence d'un agent de prise, mais que si l'on ajoute une plus grande quantité d'eau, la prise se produit après un espace de temps qui varie avec la nature et la proportion de l'agent de prise employé.
Un mode particulier de réalisation de la présen- te invention consiste en un moule ou un noyau pour la cou- lée des métaux, confectionné en mélangeant un aggrégat ré- fractaire habituel avec un liant liquide, en moulant sur un modèle et en laissant sécher, le liant liquide contenant un ester silicié hydrolysé par une quantité d'eau plus qu'équi- moléculaire auquel on ajoute un accélérateur de prise.
Comme accélérateurs de prise, on peut se servir d'un des agents usuels pour l'hydrolyse des esters siliciés tels que, par exemple l'acide chlorhydrique, la chaux ou la magnésie; dans ce cas, l'hydrolyse complète correspond à la formation de silice hydratée. Il est cependant prêtés rable d'employer comme accélérateurs de prise des agents de condensation tels que la pipéridine; on obtient ainsi un gel plus ferme constitué par une résine polymérisée ré- sultant d'une modification de la structure moléculaire et d'une polymérisation.
L'accélérateur de prise peut être ajouté à l'aggrégat réfractaire, le liquide liant étant un tri-al- coyioxy-silicanol et l'eau nécessaire se trouvant avec l'aggrégat et l'accélérateur de prise. On peut aussi ajouter l'eau et l'agent de prise au liant avant de mé- langer celui-ci avec 1'aggrégat réfractaire.
La quantité d'eau nécessaire pour la transfor- mation complète du liant en silice est de quatre molécules
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pour une molécule d'ester. On peut réduire cette quantité. et n'employer par exemple que deux molécules d'eau pour une d'ester. L'ester partiellement hydrolysé peut, après prise et séchage, être décomposé par la chaleur sans faire subir de retrait ni de changement de dimensions au moule en préparation.
Une fois le moulage achevé et la prise faite, il est avantageux de chauffer le moule pour durcir le liant; on peut pousser le chauffage jusque 700 et 1000 C dans le . but de transformer le liant en silice anhydre. Dans tous les cas, on ne retire pas le modèle avant la prise du liant.
L'invention comprend un moule pour la coulée des métaux préparé suivant la technique décrite plus haut.
Elle comprend aussi un liant liquide permettant de réaliser la méthode qui a été exposée ; liant est un ester silicié hydrolysé par une molécule d'eau avec ou sans accélérateur de prise.
Par exemple, on réalise cette invention en mélan geant l'aggrégat réfractaire de manière à obtenir une mas- se d'humidité moyenne et en effectuant le moulage autour d'un modèle comme on le fait lors du moulage en sable vert.
Un alcoylsilicate partiellement hydrolysé possède une affinité pour l'eau qui est mise à profit pour la réac- tion produisant de la silice ou de l'acide silicique et de l'alcool qui est facilement éliminé par chauffage.
La teneur en silice du liant peut varier entre
9 et 33%. En modifiant la teneur en silice et la nature des silicates condensés, on peut obtenir une massé poreuse ' ayant la cohésion et la résistance voulues.
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On peut régler la porosité par des moyens connus, mais celle-ci doit toujours être maintenue dans des limites telles qu'elle permette uniquement le passage des gaz formés pendant la coulée du métal.
Le moule ainsi préparé est très réfractaire puisqu'il est constitué par de la silice pure ou des si- licates minéraux liés avec de la silice pure; de plus, il possède une grande résistance mécanique et son coefficient de dilatation est excessivement faible. Le résultat est le même quand on emploie un agent hydrolysant ou un agent de condensation pour accélérer la prise, mais dans ce cas il est indiqué de chauffer le moule à 700 C.
Les modes de réalisation indiqués ci-dessous sont donnés à titre d'exemple, mais ne limitent pas la por- tée de l'invention.
Supposons que la miêce à couler possède un plan de symétrie de sorte que le moule puisse être ouvert sui- vant ce plan.
On commence par confectionner un modèle à surfa- ces soigneusement parachevées, en tenant compte du retrait particulier au métal et à la matière du moule.
D-autre part, on confectionne un faux demi-moule en plâtre, en plasticène ou en une autre matière convena- ble. On enduit les surfaces du modèle et du demi-moule avec une substance facilitant la séparation des pièces, comme par exemple une solution de vaseline ou de cire d'abeille dans du tétrachlorure de carbone.
On met le tout dans un châssis de dimensions suf- fisantes pour que le moule ait l'épaisseur voulue. Pour les accessoires du moule tels que les entonnoirs, jets de coulée, évents, etc. on emploie du plasticène ou de la cire.
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On moule ensuite avec le mélange préparé comme il est expliqué plus loin. La prise est terminée après une demi-heure, On retire les parois du châssis, puis on enlève le modèle et le demi-moule en plâtre. On laisse alors sécher le demi-moule réfractaire pendant une demi heure. On enduit sa surface et celle du modèle comme on l'a fait précédemment, on remet le modèle et le demi-moule dans le châssis et on moule la deuxième partie du moule de la même façon que la première.
On enlève le châssis et le modèle, on laisse sé- oher pendant huit heures à la température ambiante et on cuit le moule en chauffant si lentement que la température voulue ne soit atteinte en moins d'une heure.
Il arrive parfois que le modèle ne corresponde qu'à une moitié de la pièce symétrique. Dans ce cas, on place le demi-modèle sur une surface plane, en verre par exemple et on prépare les deux demi-moules avec ce demi- modèle placé dans un châssis.
On prépare la matière de moulage comme suit:
L'aggrégat réfractaire correspond à la composi- tion granulométrique suivante, déterminée aux tamis B.S.S.
(British Standard Sieves) :
EMI7.1
<tb> Sillimanite <SEP> passant <SEP> au <SEP> tamis <SEP> 30
<tb> et <SEP> refusée <SEP> au <SEP> tamis <SEP> 80 <SEP> 897 <SEP> g
<tb> " <SEP> . <SEP> refusée <SEP> au <SEP> tamis <SEP> 100' <SEP> 1318 <SEP> g
<tb> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 200 <SEP> 360 <SEP> g
<tb> " <SEP> Il <SEP> il <SEP> " <SEP> 300 <SEP> 366 <SEP> g
<tb> Accélérateur <SEP> 5 <SEP> g
<tb>
S'il s'agit d'un moulage à faire à la main, on mélange convenablement les produits à sec et on ajoute
650 centimètres cubes de liant liquide. Celui-ci peut avantageusement être un ester silicié décrit dans la de- mande correspondant à la demande de brevet anglaise
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n 8792 du 9 mai 1944.
Il en résulte une masse ayant la consistance d'un sable de fonderie que l'on place dans le châssis en damant énergiquement; elle peut être soumise à vibration pendant quelques minutes.
. Si on envisage de faire le moulage par des moyens mécaniques, on prend le même aggrégat que ci-dessus, mais on n'ajoute que 450 centimètres cubes de liant. La pression de moulage est de l'ordre de 14 à 70 kg/cm2.
Si on veut augmenter la résistance et la dureté superficielle du moule, on imprégnera celui-ci avec le liant liquide et on le cuira après séchage. On peut répéter le traitement s'il y a lieu.
On peut aussi renforcer le moule en ajoutant au mélange des matières convenables, telles que des toiles en fibres de verre ou en amiante. Pour éviter la formation de plans de clivage, on aura soin d'imprégner ces toiles ré- fractaires avec une suspension de liant et d'aggrégat ré- fractaire finement pulvérisé.
Quand les moules sont de très grandes dimensions, on peut employer pour la plus grande partie de ceux-ci du sable, de l'argile ou une autre matière peu coûteuse. Sur celle-ci on applique une couche de 25 mm au moins formée par un mélange de l'aggrégat réfractaire et de silicate d'alcoyle,
Si on veut que la surface du moule soit parfai- tement polie, on prendra un aggrégat réfractaire passant au travers d'un tamis très fin.
On peut aussi confectionner le moule par la mé- thode dite en cire perdue. Dans ce cas, le modèle doit être en une substance qui peut être fondue et coulée une fois
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le moule achevé. Le silicate d'alcoyle à employer doit alors avoir une faible teneur en silice afin que le liant ne soit pas trop dur et que le moule puisse être facilement brisé après la coulée du métal.
On peut faire le moule en plusieurs pièces, cel- les-ci se plaçant dans des châssis assemblés par des cla- vettes, Le silicate qui convient pour ce genre de travail doit former un liant dur et résistant ; onrenforcera le moule'au moyen de fils, de baguettes ou de toiles réfrac- -taires en amiante ou en fibre de verre.
On prépare des noyaux pour la coulée des métaux en suivant la technique décrite plus haut qui consiste à employer pour lier du sable ou un autre aggrégat réfractai- re un ester de l'acide silicique partiellement hydrolysé.
Comme on doit pouvoir enlever le noyau facilement, on pren- dra un liant aussi tendre que possible ; a trouvé qu'un liquide contenant de 10 à 15% de silice convient pour cet usage.
Selon la présente invention, il est possible de confectionner des moules pouvant servir pour un grand nom- bre de coulées; dans ce but, on lie des poudres réfractai- res d'après la manière décrite,
Quand il s'agit de la coulée de métaux fondant . à des températures peu élevées, on remplace les poudres réfractaires par des substances convenables, telles que le plâtre, l'oxychlorure de magnésium ou le ciment fondu.
Dans ce cas, il est indiqué de recouvrir le moule d'une couche d'un mélange de substance fine liée avec un sili- cate organique comme décrit plus haut, Cette couche sera renouvelée quand la nécessité s'en fera sentir.
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Des revêtements semblables s'appliquent également sur des moules métalliques; on réalise ainsi des coulées en coquille pour des alliages peu fusibles, ce qu'il n'y avait pas moyen de faire avec des moules en fonte parce , que le métal ne résiste pas aux températures élevées.