PROCEDE ET APPAREIL POUR LA PREPARATION DE PIECES COULEES EN METAUX REFRAC-TAIRES, PRINCIPALEMENT EN TITANE ET EN ZIRCONIUM.
Cette invention est relative au moulage de précision de métaux réfractaires tels que le titane et le zirconium et les alliages de ces métaux.
A cause de leurs points de fusion élevés, de leur résistance à
la corrosion et de leurs densités relativement faibles combinées avec une résistance élevée, le titane et le zirconium sont utiles pour faire des organes de machines et des pièces métalliques de divers types. Ainsi, le titane a été trouvé utile pour fabriquer des ailettes de compresseur pour moteurs à turbines ou à réaction et le zirconium est intéressant pour faire des dentiers
et des pièces de cranioplastie et équivalentes. Cependant, jusqu'à présent l'usage de ces métaux et de leurs alliages a été entravé par les difficultés inhérentes à leur fusion et à leur usinage. La coulée de ces métaux et alliages en formes compliquées et avec des tolérances étroites n'était pas possible car aux températures élevées, ces métaux réagissent rapidement avec l'oxygène et l'azote de l'air. En outre, aux températures élevées nécessaires pour leur coulée, le titane et le zirconium attaquent tous les deux les réfractaires utilisés ordinairement pour les creusets, avec pour conséquence la contamination du métal et des modifications de ses propriétés. On peut obtenir actuellement des lingots de pureté relativement élevée par des procédés connus
et on peut façonner des formes simples en forgeant, laminant, estampant, etc. ces lingots sans oxydation sérieuse des métaux. Cependant la production de formes compliquées de haute pureté présente encore un problème virtuellement non résolu car leur fabrication par des procédés conventionnels est extrême-
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cas de nombreux alliages fragiles, le forgeage, le laminage, etc. ne sont pas possibles même pour la fabrication de pièces de formes simples. Par conséquent,
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un procédé pratique et avantageux de coulée de précision de ces métaux et alliages en formes compliquées et sans contamination est très désirable et il satisfait un besoin pressant.
La présente invention rend maintenant possible la production de petites ou de relativement grandes pièces coulées de haute qualité avec ces métaux tels que le titane et le zirconium et les alliages contenant ces métaux virtuellement sans contamination du métal. (Le terme "métal" utilisé dans le présent mémoire s'applique aux alliages aussi bien qu'aux métaux purs). En outre, les pièces sont coulées avec une telle précision que l'usinage ou le meulage subséquent est réduit.
Le procédé suivant cette invention est caractérisé d'une manière générale en ce que le métal est fondu en l'absence d'oxygène dans une chambre de fusion sur une surface qui n'est pas mouillée par le métal en fusion, en ce qu'un moule est prévu en-dessous de cette surface et en ce qu'on incline cette surface par basculement pour introduire le métal dans le moule.
De préférence le métal est fondu dans une atmosphère de gaz inerte dont la pression dans la chambre de fusion est maintenue plus élevée que la pression régnant dans la cavité du moule de manière à utiliser la pression de ce gaz inerte pour aider à faire pénétrer le métal fondu dans le moule. Cette mesure est particulièrement avantageuse pour la préparation de moulages compliqués car elle permet le remplissage complet des cavités du moule, même lorsque celles-ci ont une configuration tourmentée.
Il est en outre aussi préférable de maintenir une atmosphère de gaz inerte autour des moules et dans les cavités du moule.
On a trouvé que la surface du cuivre convient très bien car elle n'est pas mouillée par le métal en fusion.
Une façon commode de mettre à exécution le procédé de l'invention consiste à introduite un ou plusieurs moules dans une chambre de coulée située en-dessous de la chambre de fusion dont elle est séparée par une cloison dans laquelle sont ménagés des passages destinas à diriger le métal en fusion dans les moules lorsqu'on incline la surface dans la chambre de fusion. De préférence, pendant l'introduction du métal fondu, on amène les moules dans une position telle que les parties d'un moule entourant son ouverture d'entrée obturent l'ouverture de la chambre de coulée environnante.
Cette façon de travailler permet de mettre le procédé à exécution d'une manière continue en introduisant successivement des moules dans
la chambre de coulée, en les remplissant de métal fondu et en retirant les moules remplis de la chambre de coulée, un moule rempli étant remplacé par un moule vide immédiatement après son enlèvement. Par une disposition appropriée de cloisons mobiles étanches au gaz dans les passages par lesquels les moules sont introduits et retirés de la chambre de coulée, on peut isoler cette chambre de l'atmosphère environnante et y maintenir une atmosphère de gaz inerte. La fagon de mettre à exécution ce procédé continu se comprendra mieux par l'exemple d'une réalisation de l'invention, donné ci-après.
L'invention comprend aussi un appareil permettant de mettre à exécution le procédé esquissé ci-dessus. Les caractéristiques principales de cet appareil sont : une sole de coulée inclinable dont au moins la surface est en une matière qui n'est pas mouillée par le métal fondu, au moins une ouverture de coulée à une extrémité de cette sole, un moyen de fondre le métal sur cette sole, un moule destiné à recevoir ce métal fondu en-dessous
de l'ouverture de coulée, et une enveloppe destinée à exclure l'air et pourvue d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie destinés à permettre la circulation de gaz inerte. D'autres caractéristiques de cet appareil ressortiront de la description d'une réalisation particulière de l'invention donnée ci-dessous comme exemple avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une vue en plan du dessus d'un four construit suivant la présente invention et servant à mettre à exécution le nouveau procédé de l'invention. La figure 2 est une coupe partielle, longitudinale, verticale suivant la ligne 2-2 de.la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale verticale en' substance suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
La figure 4 est une vue partielle de détail montrant une variante du moule destinée à être utilisée pour des moulages suivant le procédé de la présente invention et La figure 5 est une coupe partielle montrant une variante de l'appareil destinée à éviter l'obstruction du trou de coulée. La figure 1 montre que le four comporte une partie centrale de fusion et de coulée désignée d'une manière générale par le chiffre de référence 11 et une paire de tunnels alignés 12 et 13 sortant respectivement des côtés opposés du fond de la partie centrale 11. Le tunnel 12 sert d'entrée par laquelle les moules 15, préparés pour la coulée, peuvent être introduits de manière intermittente dans la partie.centrale du four et le tunnel 13 permet l'enlèvement des moules remplis du four.
La partie centrale du four 11 dont on voit mieux la construction sur les figures 2 et 3, comporte un socle 16 sur lequel est montée une enveloppe 17. Cette dernière est constituée par des parois espacées 18 et 19 entres lesquelles circule un liquide refroidissant, le liquide entrant et sortant par les tuyaux 20 (figure 1). Un bloc de cuivre 22 est monté à l'intérieur de l'enveloppe 17 entre le socle 16 et la partie.supérieure et une de ses extrémités sert de sole pour la fusion du métal réfractaire. Le bloc est formé de manière à être en contact intime avec la paroi refroidie intérieure
19 de l'enveloppe 17 et il divise l'intérieur du four en une chambre supérieure de fusion 26 et une chambre inférieure de coulée 27.
Le bloc de cuivre
22 est coulé de préférence, et il est pourvu de canaux intérieurs 29 pour permettre la circulation d'un agent refroidissant, par exemple de l'eau.
La partie supérieure du bloc 22 est concave avec des parois latérales inclinées. Une rigole 23 adjacente à l'avant du bloc et parallèle aux tunnels est prévue à l'avant du bloc et elle conduit à une paire d'ouvertures de coulée espacées 24 assurant la communication entre la chambre de fusion 26 et la chambre de coulée 27. Les ouvertures de coulée 24 ont de préférence leurs extrémités inférieures élargies et comme le montrent les figures 2 et 3, elles peuvent avantageusement avoir une section conique. A l'arrière de la rigole 23 dans la partie supérieure concave du bloc de cuivre
22, le métal réfractaire est fondu par un arc. Comme le cuivre refroidi par l'eau n'est pas mouillé par le titane ou le zirconium fondu, on évite l'absorption d'impuretés du creuset de fusion.
L'ensemble du four est destiné à être supporté par des moyens appropriés et commodes (non représentés) de manière à pouvoir osciller autour d'un axe parallèle aux tunnels 12 et 13. La figure 3 représente le four dans la position de coulée du métal fondu tandis que normalement entre les coulées, il occupe une position à environ 30[deg.], dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, de la position représentée sur-la figure 3 avec un bain de métal fondu ou en cours de fusion 32 (représenté en pointillé) à l'arrière de la partie supérieure concave du bloc 22.
Au-dessus de la partie arrière du bloc de cuivre 22 qui forme solea la partie supérieure de l'enveloppe 17 est pourvue de plusieurs orifices ou trous 36 par où des électrodes passent vers le bas. On utilise de préférence trois électrodes disposées aux sommets d'un triangle équilatéral et le'courant continu provenant d'une source appropriée est amené par n'importe quel dispositif connu. Cependant, on peut utiliser d'autres types de courant, par exemple du courant alternatif triphasé, si on le trouve plus avantageux. Le nombre des électrodes ainsi que leur emplacement et leurs écartements peuvent varier suivant la grandeur du four, le type de courant électrique utilisé, etc.
Chacune des électrodes comporte un corps creux 37, un tube
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refroidissant peut être introduit et une pointe réfractaire 39 qui peut être détachée et remplacée. Le corps 37 est de préférence en cuivre et la pointe 39 peut être en tungstène ou une autre matière réfractaire. La contamination du métal fondu peut être réduite;, les autres conditions étant déterminées, en utilisant une pointe d'électrode du même métal que celui à fondre. Les électrodes sont réglables individuellement dans le sens vertical et chacune est pourvue d'un collier d'étanchéité 41 dans lequel glisse le corps
37 de 1[deg.]électrode et qui est attaché à un raccord 42 s'étendant vers l'extérieur autour de chaque trou 36..
Un tube d'alimentation ou goulotte 44 est prévu pour introduire le métal frais dans le four à l'arrière de l'enveloppe 17. L'extrémité inférieure du tube passe par une ouverture 45 dans les parois de l'enveloppe et débouche dans la chambre de fusion 26 au-dessus de la sole du bloc 22. A la partie supérieure de l'enveloppe 17 se trouve aussi un bossage tubulaire ou raccord 46 s'étendant vers le haut en alignement vertical avec la rigole 23, et faisant de préférence corps avec l'enveloppe 17. A l'extrémité extérieure du bossage 46 se trouve un regard 47 de construction appropriée par lequel on peut voir les ouvertures 24 de manière à observer et contrôler la coulée.
La chambre de coulée 27 qui se trouve dans l'enveloppe 17 endessous du bloc de cuivre 22 est ouverte d'un côté sur le tunnel 12 et de
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tangulaire et ils peuvent, si on le désire, faire corps avec l'enveloppe 17, bien que dans de nombreux cas, il soit préférable que les tunnels soient séparés et soient fixés à l'enveloppe de manière permanente ou amovible. Chaque tunnel comporte un plancher 51, une paroi latérale frontale 52, une paroi latérale postérieure 53 et une partie supérieure 54. Deux rainures transversales espacées 55 sont ménagées dans chaque tunnel dont les bords atteignent
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enveloppe 56 qui peut faire partie intégrante du tunnel ou y être attachée de manière amovible entoure l'extrémité ouverte de chaque rainure 55 et forme saillie vers l'arrière de la paroi postérieure 53.
Des panneaux 58 et 59 glissant dans les deux rainures 55 du tunnel 12 et dans les enveloppes associées 56 et ils sont pourvus de tiges de commande 61 et 62, respectivement,, qui dépassent des extrémités extérieures des enveloppes en traversant des bourrages 64. Chacun des panneaux 58 et 59
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gure 1, ferme effectivement le passage dans le tunnel mais lorsqu'il est retiré dans son enveloppe 56 il n'obstrue plus ce passage. Les tiges 61 et 62 respectivement permettent d'amener les panneaux respectifs 58 et 59 dans les positions désirées. Le tunnel 13 est pourvu également de deux rainures 55 et de deux enveloppes 56 et des panneaux semblables glissent dans les rainures et les enveloppeso Les panneaux 67 et 68, comme les panneaux 58 et 59 sont destinés à être déplacés par leurs tiges de commandes respectives 69 et 70 alternativement pour ouvrir ou fermer le passage par le tunnel 13. Les panneaux dans les tunnels 12 et 13 sont prévus pour établir des sas d'air dans les tunnels et par conséquent empêèher l'accès de l'atmosphère indésirable à l'intérieur du four lorsqu'on introduit les moules 15 dans la chambre de coulée 27 ou qu'on les en retire.
Entre les panneaux 58 et 59 dans le tunnel 12, la paroi frontale 52 du tunnel est pourvue d'une partie semi-cylindrique .73 en saillie vers l'extérieur. Un organe cylindrique 74 est monté dans cette saillie et dans la paroi 52 de manière à tourner autour d'un axe vertical, comme on le voit le mieux sur la figure 1. Une fente parallèle au plancher 51 du tunnel 12 est ménagée dans la partie semi-cylindrique 73 et un alésage transversal .77 correspondant avec elle est prévu dans l'organe cylindrique tournant 74. Un poussoir de moules 78 pourvu d'une extrémité intérieure arrondie 79 et d'une poignée 81 à son extrémité extérieure est associé à la fente dans la partie semi-cylindrique 73 et à l'alésage 77.
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un pivotement en arc, on peut à l'aide de l'extrémité intérieure de la tige, comme le montre la figure 1, attaquer chaque moule 15 à son passage dans l'espace compris entre les panneaux 58 et 59 et ultérieurement, après avoir fermé le panneau 58 et ouvert le panneau 59, faire glisser le moule sur le plancher du tunnel 12 vers la chambre de coulée 27. Dans la réalisation représentée sur les dessins annexés, les sas constitués par les paires de panneaux 58, 59 et 67, 68 formant portes sont juste assez grands pour recevoir un seul moule. Cependant, il est bien entendu que si on le désire, on peut faire les sas plus grands de manière à pouvoir introduire deux moules ou plus en même temps dans chaque sas.
La cage 84 d'un élévateur associé est adjacente à l'avant du socle 16 et si on le désire elle peut faire partie intégrante du socle. Dans la cage 84 se trouvent deux tiges 86 coulissant dans la cage et comportant à leur extrémité supérieure un chanfrein annulaire 87. Les tiges 86 sont pourvues à leurs extrémités inférieures d'une queue de diamètre réduit 89 qui les relie à une plaque de commande 91 se déplaçant verticalement dans la cage 84 et reliée de manière active à l'extrémité supérieure d'une tige
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re de la cage et elle est reliée par son autre extrémité à un moteur 94 à fluide sous pression. Ce dernier peut être suspendu de toute manière appropriée, par exemple par un support 96 se prolongeant en-dessous de la cage
84, et il est pourvu de connexions appropriées 98 avec une source de fluide sous pression.
Des raccords 100 et 101 sortent de l'enveloppe 17. Le raccord
100 offre un passage 102 communiquant avec la chambre de fusion 26 et le raccord 101 un passage 103 communiquant avec la chambre de coulée 27. Un fluide refroidissant, par exemple de l'eau entre et sort des canaux 29 à l'intérieur du bloc de cuivre 22 par des conduits 105 et 106 qui traversent le socle 16. Des bourrages 107 sont prévus pour assurer l'étanchéité des ouvertures dans le socle par lesquelles passent les conduits 105 et 106.
Les moules 15 ont en substance une hauteur égale au diamètre extérieur. Le moule représenté en coupe sur la figure 3 est un moule à garnissage et il comporte une enveloppe ayant une paroi latérale cylindrique
111 reliée par une partie conique 112 au fond 113 et un couvercle ou chapeau
116 ayant une bague de centrage 117 s'adaptant à la coquille, une face extérieure conique 118 (figure 2) et un alésage 119 qui la traverse. La coquille et l'alésage 119 dans le chapeau 116 contiennent la matière de garnissage
121 d'un type convenant pour la fabrication des moules par le procédé bien
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de forme désirée, représentée sur la figure 3 avec à l'intérieur une palette d'agitateur 122. Une partie de la matière de garnissage 121 s'étend au-dessus du chapeau 116 et sa périphérie présente un chanfrein correspondant au chanfrein de la face extérieure 118 du chapeau. Le fond 113 du moule 15 est pourvu d'une gorge annulaire 123 (figure 2) dans laquelle le chanfrein annulaire
87 d'un des plongeurs 86 peut pénétrer pour soulever le moule du socle 16 et le porter vers le haut pour appliquer la surface extérieure conique du chapeau 116 et la matière en saillie 121 étroitement contre la paroi conique d'une des ouvertures de coulée 24 dans le bloc de cuivre 22. Des évents 125 sont prévus depuis la cavité du moule à travers la matière.de garnissage 121 et la coquille du moule.
On peut utiliser pour les moules 15 une variété de matières de garnissage bien qu'il soit évidemment nécessaire d'éviter l'emploi de matières qui réagissent facilement avec le métal fondu ou qui sont affectées par lui à un point tel que la précision du moule soit détruite. En général, des compositions des types utilisés pour la fabrication des creusets pour la fusion des métaux réfractaires tels que le titane et le zirconium peuvent être utilisées comme matières de garnissage. Il est désirable que la matière de garnissage utilisée ait une conductibilité thermique relativement élevée pour hâter la solidification du métal. Gomme conséquence, il y a moins de risque;de réaction dans le moule et l'enlèvement du métal coulé est possible après' un temps court.
Deux tiges 127 pouvant se déplacer longitudinalement qui s'étendent d'un point dans la rigole 23 voisin des ouvertures 24 dans le bloc de cuivre 22 et vers l'extérieur à travers les parois de l'enveloppe 17 sont prévues pour déloger de l'orifice des ouvertures, tout métal qui pourrait s'y solidifier après le remplissage d'un moule. Chacune des tiges 127 peut être pourvue d'une poignée 128 et un guide tubulaire 129 s'étendant vers l'extérieur et pourvu d'une garniture d'étanchéité est aussi prévu pour chaque tige. Dans la chambre de coulée 27 sont aussi prévus des guides 133 pour les parois 111 du moule. Ces guides s'élèvent du socle 16 avec lequel ils peuvent faire corps et qui sont alignés longitudinalement sur les parois des tunnels 12 et 13.
Le fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus pour la production de plusieurs moulages de précision de métal réfractaire est le suivant. On commence par chasser l'air de l'intérieur du four et des moules se trouvant dans la chambre 27. On le fait de préférence en vidant d'abord le four en raccordant une pompe à vide au raccord 101 et, pendant que le passage 102 est fermé, on soutire l'air par le passage 103. Ensuite on envoie un courant de gaz inerte comme l'argon ou l'hélium dans le four par le passage d'entrée
102 vers le passage de sortie 103 et on continue à faire passer ce courant. Simultanément ou ultérieurement, on fait basculer le four d'environ 30[deg.] vers l'arrière, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre depuis la position représentée sur la figure 3. Le métal réfractaire ou le métal et
les éléments d'alliage sous toute forme appropriée, par exemple celle de morceaux d'éponge, de copeaux, de poudre agglomérée ou non, est ensuite introduit sur la sole du bloc 22 par le tube d'introduction 44. On lance alors le courant électrique aux électrodes et un arc s'établit dont la chaleur fait fondre le métal ou l'alliage. Entretemps, on a établi un courant de liquide refroidissant dans le bloc 22 et l'espace compris entre les parois 18 et 19 de l'enveloppe 17 et les moules 15 ont été placés dans le tunnel 12 et dans la chambre de coulée 27 en-dessous de chaque ouverture de coulée 24, les portes ou panneaux dans les tunnels 12 et 13 étant alors fermés.
Lorsque le métal a fondu, ce qui se produit en quelques minutes seulement, on actionne le moteur 94 à fluide sous pression pour soulever les moules 15 dans la chambre 27 vers les positions représentées sur la figure 3, dans lesquelles les surfaces supérieures coniques des moules sont en contact intime avec les parois évasées des ouvertures 24 et ils sont maintenus dans ces positions pendant que le four bascule vers.l'avant (en sens inverse de celui des aiguilles d'une montre) pour prendre une position sensiblement verticale. Le métal fondu coule alors de la sole du bloc 22 dans la rigole 23
et par les trous de coulée 24 dans la cavité des moules. Le remplissage des moules peut être observé par le regard 47. Lorsque les moules sont en substance remplis et de préférence avant que le métal ne s'accumule au-dessus d'eux dans la rigole 23, on ramène le four en arrière. On peut alors introduire du métal frais par le tube d'admission 44 pour compléter le bain de métal fondu et pendant que le métal frais se fond, les moules 15 qui ont été remplis sont abaissés sur le socle 16 et sont remplacés dans la chambre 27 par d'autres moules non remplis.
On comprendra mieux cette dernière opération en se référant aux figures 1 et 2. Comme il a été dit précédemment, tous les moules 15 ont sensiblement une hauteur égale au diamètre extérieur et par conséquent ils occu- <EMI ID=10.1>
geur des tunnels et le jeu entre les parois guides 133 dans la chambre 27 sont en substance égaux au diamètre extérieur des moules de sorte que ces derniers sont maintenus alignés. Lorsque la chambre 27 et les tunnels 12 et
13 sont tous remplis de moules comme le montre la figure 2, on déplace les moules dans la chambre 27 à l'aide de moules non remplis, .en faisant passer les moules par les sas dans le tunnel 12 et hors du tunnel 13.
Cette opération exige d'abord l'ouverture du panneau ou porte
68 et l'enlèvement du moule 15 du sas de sortie au moyen d'outils appropriés.
On referme ensuite la porte 68 et on ouvre les portes 67 et 59; le poussoir des moules 78 est manoeuvré à la main ou par un autre moyen approprié de manière à faire passer le moule 15 se trouvant dans le sas entre les portes
58 et 59, au-delà de la porte 59 dans la partie intérieure du tunnel 12. La trajectoire de la poignée 81 du poussoir au cours de l'opération est indiquée par les flèches sur la figure 1. La tige 78 étant poussée vers l'intérieur tandis qu'en même temps on la fait pivoter en arc, elle exerce une force sur le côté du moule qui de ce fait glisse sur le plancher 51 du tunnel vers la chambre 27 jusqu'à ce qu'il entre en contact avec les moules adjacents 15 dans le tunnel 12.
Ensuite, toujours sous l'action du poussoir
78, la file de moules est déplacée vers la droite (comme on le voit sur la figure 2) poussant ainsi un autre moule dans le sas entre les portes de sortie 67 et 68. Après cela, on ferme la porte 59. Cette fermeture est suivie par la fermeture de la porte 67 et l'ouverture des portes 58 et 68. On place alors un autre moule dans le sas entre les portes 58 et 59 dans le tunnel
12 et on enlève le moule se trouvant dans le tunnel 13 entre les portes 67 et 68. On referme ensuite les portes 58 et 68 et on répète l'opération de déplacement de la file de moules vers l'intérieur par le mouvement latéral du poussoir. Il en résulte que deux moules frais sont pla.cés dans la chambre
27 en-dessous des trous de coulée 24.
Le moteur à fluide sous pression est alors remis en marche pour soulever les moules et les amener dans la position de coulée et on fait basculer le four pour remplir les moules de métal fondu. L'opération précédente se répète aussi souvent qu'il est nécessaire pour couler le nombre voulu de pièces.
Il est évident qu'il faut éviter l'introduction d'air à l'inté-
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nel est pourvu d'un raccord 135 par lequel on peut évacuer l'air se trouvant dans le sas et les moules après la fermeture de la porte extérieure du sas et avant l'ouverture de la porte intérieure. A d'autres moments, les raccords
135 permettent de préférence l'introduction d'un gaz inerte dans le sas sous une pression supérieure à la pression atmosphérique pour éviter les rentrées d'air autour de la porte extérieure.
Les parties supérieures des moules étant en contact étroit avec le bloc 22 au cours de la coulée, on évite ainsi pratiquement la possibilité de répandre du métal fondu dans la chambre 27 qui gênerait le déplacement des moules. Dans le cas où le métal aurait tendance à s'agglomérer et à se solidifier dans la rigole 23 au-dessus des trous de coulée 24, on peut pousser les tiges 127 vers l'intérieur après avoir fait basculer le four en arrière dans sa position normale pour déloger toute accumulation de métal et le ramener dans le bain 32 de métal fondu, empêchant ainsi l'obstruction des trous de coulée.
Une variante destinée à éviter l'obstruction des trous de coulée est représentée sur la figure 5. Ici, une électrode auxiliaire 136 est prévue au-dessus de chaque trou de coulée 24. Si nécessaire, on peut abaisser l'électrode 136 comme c'est représenté en traits interrompus et un arc s'établit qui fait fondre le métal solidifié qui s'est aggloméré dans la rigole
23 au-dessus du moule, lui permettant de couler dans un moule ou, si le four se trouve dans sa position basculée en arrière pendant la fusion de l'excès de métal, de recouler dans le bain de métal fondu.
La figure 4 montre une autre variante de l'invention dans laquelle on emploie des blocs de moules séparés et réutilisables. Le moule 198 comprend une coquille 139, en substance semblable à la coquille des moules 15, qui enferme des blocs de moules 140 (représentés avec une coulée 141) qui s'emboîtent. Au-dessus des blocs se trouve un tube de coulée ou masselotte
142 s'étendant vers l'extérieur de la coquille 139 et pourvu d'un passage
143 dont l'extrémité inférieure communique avec la cavité du moule et qui est de préférence élargi à son extrémité supérieure. Comme le montre la figure 4, le trou de coulée dans le bloc de cuivre 22 est légèrement modifié pour avoir un col cylindrique 147 entre la rigole 23 et sa partie inférieure coni-
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dans l'ouverture de coulée avec l'extrémité supérieure sensiblement à ras
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peut utiliser des moules du type représenté sur la figure 4 avec des trous
de coulée comme ceux représentés sur les figures 2, 3 et 5. Le fonctionnement du four avec des moules du type représenté sur la figure 4 est le même que celui qui a été décrit. Les blocs de moules 150 et les masselottes 142 peuvent être en n'importe quelle matière appropriée. On a trouvé que le graphite et le cuivre donnent tous les deux de bons résultats parce que par suite de leur conductibilité thermique élevée, le métal réfractaire se refroidit si rapidement qu'il n'est pas contaminé et que les pièces coulées peuvent être retirées des moules en peu de temps, permettant ainsi aux moules d'être rapidement réassemblés pour un nouvel usage.
La construction du four permet d'obtenir facilement des moulages de précision en métaux réfractaires et leurs alliages de formes compliquées. Ceci résulte en partie du fait que lorsqu'on utilise une atmosphère de gaz inerte tel que l'argon ou l'hélium, on établit une différence de pression entre la chambre de fusion 26 et la chambre de coulée 27 lorsque les moules sont en place pour la coulée en-dessous des ouvertures 24. La communication entre les chambres est réduite à celle qui peut s'établir par les cavités
des moules et les évents 125 dans les moules. Lorsque le métal fondu est forcé de couler dans la rigoler 23 au-dessus des trous de coulée, le passage des gaz inertes entre les chambres 26 et 27 est complètement interrompu et la pression dans la chambre 26 s'élève, forçant ainsi le métal à pénétrer dans la cavité du moule. On remarquera en outre qu'il n'est pas nécessaire de prévoir une source auxiliaire de fluide sous pression pour faciliter la coulée puisque le gaz inerte qui fournit l'atmosphère protectrice au cours de la fusion et de la coulée du métal fournit toute la pression nécessaire.
L'utilisation d'un arc électrique pour la fusion des métaux réfractaires contribue aussi à la précision des dimensions des pièces coulées puisque le métal, lorsqu'il est coulé, se trouve à une température bien supérieure au point de fusion et qu'il est par conséquent plus fluide.
On a obtenu par ce procédé un grand nombre de pièces coulées en titane, zirconium et alliages de ces deux métaux. Les pièces coulées sont saines et dans le cas de coulées avec garnissage du moule, les dimensions sont très précises. On a comparé la dureté d'un. certain nombre de ces pièces coulées avec la dureté du métal ou de l'alliage avant la fusion et la coulée.
La comparaison révèle de si petites variations de dureté qu'il est évident que la pureté du métal des pièces coulées est en substance inchangée. L'absence de contamination dans les pièces coulées suivant le nouveau procédé de la présente invention a permis la détermination précise des propriétés d'un certain nombre d'alliages de titane et de zirconium parce qu'on a pu obtenir facilement des échantillons dont les propriétés sont inchangées. En outre,
le présent procédé a permis la production de moulages de sections minces en
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alliages sont si fragiles que ces pièces ne pourraient être.fabriquées d'une autre manière.
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difications au procédé de la présente invention et à l'appareil décrit et représenté sur les dessins annexés sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, au lieu que les chambres 26 et 27 soient remplies d'un
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me on l'a fait remarquer antérieurement, on peut, si on le désire, prévoir de plus grands sas dans les tunnels. En outre, les portes ou panneaux constituant les sas peuvent être enclenchés de manière à maintenir toujours fermées les portes intérieures lorsque les portes extérieures sont ouvertes et les portes extérieures fermées lorsque les portes intérieures sont ouvertes. De plus, si on le désire, le fonctionnement du four peut être rendu plus ou moins automatique en prévoyant des interconnexions entre l'appareil de dépla-cement des moules, le mécanisme de bascule du four et le mécanisme élévateur des moules. Chacun de ceux-ci peut.. évidemment aussi être modifié ou changé. 0 Il est également clair que si on le désire, le four peut être construit pour faire plus que les deux coulées possibles dans la réalisation représentée, ou seulement une seule.
Aussi est-il bien entendu que l'invention n'est pas limitée à la construction et au fonctionnement précis représentés et décrits à titre d'exemple.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de moulage de métaux ou alliages réfractaires, en particulier de titane et de zirconium et alliages contenant ces métaux, caractérisé en ce que le métal est fondu en l'absence d'oxygène dans la chambre de fusion sur une surface qui n'est pas mouillée par le métal fondu, qu'un moule est prévu en-dessous de cette surface et qu'on incline cette surface par basculement pour introduite le métal dans le moule.
METHOD AND APPARATUS FOR THE PREPARATION OF CAST PARTS IN REFRACTORY METALS, PRIMARILY IN TITANIUM AND ZIRCONIUM.
This invention relates to the precision casting of refractory metals such as titanium and zirconium and alloys of these metals.
Because of their high melting points, resistance to
Corrosion and their relatively low densities combined with high strength, titanium and zirconium are useful for making machine parts and metal parts of various types. Thus, titanium has been found useful for making compressor fins for turbine or jet engines and zirconium is useful for making dentures.
and pieces of cranioplasty and the like. However, until now the use of these metals and their alloys has been hampered by the difficulties inherent in their melting and machining. Casting these metals and alloys into complicated shapes and with tight tolerances was not possible because at high temperatures these metals react quickly with oxygen and nitrogen in the air. In addition, at the high temperatures required for their casting, both titanium and zirconium attack the refractories commonly used for crucibles, resulting in contamination of the metal and changes in its properties. Relatively high purity ingots can currently be obtained by known methods.
and simple shapes can be shaped by forging, rolling, stamping, etc. these ingots without serious oxidation of metals. However, the production of complicated forms of high purity still presents a virtually unresolved problem because their manufacture by conventional methods is extreme.
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case of many fragile alloys, forging, rolling, etc. are not possible even for the manufacture of parts of simple shapes. Therefore,
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a practical and advantageous process for precision casting these metals and alloys into complicated shapes and without contamination is very desirable and satisfies a pressing need.
The present invention now makes it possible to produce small or relatively large high quality castings with these metals such as titanium and zirconium and alloys containing these metals with virtually no contamination of the metal. (The term "metal" used in this specification applies to alloys as well as pure metals). In addition, the parts are cast with such precision that subsequent machining or grinding is reduced.
The process according to this invention is generally characterized in that the metal is melted in the absence of oxygen in a melting chamber on a surface which is not wetted by the molten metal, in that a mold is provided below this surface and in that this surface is inclined by tilting to introduce the metal into the mold.
Preferably the metal is melted in an inert gas atmosphere, the pressure in the melting chamber of which is kept higher than the pressure in the mold cavity so as to use the pressure of this inert gas to help penetrate the metal. melted in the mold. This measure is particularly advantageous for the preparation of complicated moldings because it allows the complete filling of the mold cavities, even when the latter have a tormented configuration.
It is further also preferable to maintain an inert gas atmosphere around the molds and in the mold cavities.
It has been found that the surface of copper is very suitable because it is not wetted by the molten metal.
A convenient way to carry out the method of the invention consists in introducing one or more molds into a casting chamber located below the melting chamber from which it is separated by a partition in which are formed passages intended to be directed. molten metal in the molds when tilting the surface in the melting chamber. Preferably, during the introduction of the molten metal, the molds are brought into a position such that the parts of a mold surrounding its inlet opening close the opening of the surrounding casting chamber.
This way of working enables the process to be carried out continuously by successively introducing molds into
the casting chamber, filling them with molten metal and removing the filled molds from the casting chamber, a filled mold being replaced by an empty mold immediately after removal. By suitable arrangement of gas-tight movable partitions in the passages through which the molds are introduced and withdrawn from the casting chamber, this chamber can be isolated from the surrounding atmosphere and an inert gas atmosphere can be maintained therein. The way of carrying out this continuous process will be better understood by the example of an embodiment of the invention, given below.
The invention also includes an apparatus for carrying out the method outlined above. The main characteristics of this apparatus are: a tilting casting hearth, at least the surface of which is made of a material which is not wetted by the molten metal, at least one casting opening at one end of this hearth, a means of melting the metal on this hearth, a mold intended to receive this molten metal below
of the pouring opening, and a casing intended to exclude the air and provided with an inlet orifice and an outlet orifice intended to allow the circulation of inert gas. Other characteristics of this device will emerge from the description of a particular embodiment of the invention given below as an example with reference to the appended drawings in which:
Figure 1 is a top plan view of an oven constructed in accordance with the present invention and used to carry out the novel process of the invention. Figure 2 is a partial, longitudinal, vertical section taken on line 2-2 of Figure 1. Figure 3 is a substantially vertical cross section taken on line 3-3 of Figure 2.
Figure 4 is a partial detail view showing a variant of the mold intended to be used for moldings according to the process of the present invention and Figure 5 is a partial section showing a variant of the apparatus intended to avoid obstruction of the mold. tap hole. Figure 1 shows that the furnace has a central melting and casting part generally designated by the reference numeral 11 and a pair of aligned tunnels 12 and 13 exiting respectively from opposite sides of the bottom of the central part 11. The tunnel 12 serves as an inlet through which the molds 15, prepared for casting, can be introduced intermittently into the central part of the furnace and the tunnel 13 allows the removal of the filled molds from the furnace.
The central part of the furnace 11, the construction of which can be seen better in Figures 2 and 3, comprises a base 16 on which is mounted a casing 17. The latter is formed by spaced walls 18 and 19 between which circulates a cooling liquid, the liquid entering and exiting through pipes 20 (Figure 1). A copper block 22 is mounted inside the casing 17 between the base 16 and the upper part and one of its ends serves as a hearth for the melting of the refractory metal. The block is formed to be in intimate contact with the inner cooled wall
19 of the casing 17 and it divides the interior of the furnace into an upper melting chamber 26 and a lower casting chamber 27.
The copper block
22 is preferably cast, and it is provided with interior channels 29 to allow the circulation of a cooling agent, for example water.
The upper part of block 22 is concave with sloping side walls. A channel 23 adjacent to the front of the block and parallel to the tunnels is provided at the front of the block and it leads to a pair of spaced pouring openings 24 providing communication between the melting chamber 26 and the casting chamber 27 The pouring openings 24 preferably have their lower ends enlarged and as shown in Figures 2 and 3, they may advantageously have a conical section. Behind the channel 23 in the upper concave part of the copper block
22, the refractory metal is melted by an arc. Since water-cooled copper is not wetted by molten titanium or zirconium, the absorption of impurities from the melting pot is avoided.
The whole furnace is intended to be supported by suitable and convenient means (not shown) so as to be able to oscillate about an axis parallel to the tunnels 12 and 13. Figure 3 shows the furnace in the metal casting position. molten while normally between castings it occupies a position about 30 [deg.], in a clockwise direction of rotation, from the position shown in figure 3 with a bath of molten or current metal. fuser 32 (shown in dotted lines) to the rear of the upper concave portion of block 22.
Above the rear part of the copper block 22 which forms solea the upper part of the casing 17 is provided with several orifices or holes 36 through which the electrodes pass downwards. Three electrodes are preferably used arranged at the vertices of an equilateral triangle and the direct current from a suitable source is supplied by any known device. However, other types of current can be used, for example three-phase alternating current, if found more advantageous. The number of electrodes as well as their location and their spacings may vary depending on the size of the oven, the type of electric current used, etc.
Each of the electrodes comprises a hollow body 37, a tube
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coolant can be introduced and a refractory tip 39 which can be detached and replaced. Body 37 is preferably copper and tip 39 may be tungsten or other refractory material. Contamination of the molten metal can be reduced, other conditions being determined, by using an electrode tip of the same metal as the one to be melted. The electrodes are individually adjustable in the vertical direction and each is provided with a sealing collar 41 in which the body slides
37 of 1 [deg.] Electrode and which is attached to a fitting 42 extending outwardly around each hole 36 ..
A feed tube or chute 44 is provided to introduce the fresh metal into the oven at the rear of the casing 17. The lower end of the tube passes through an opening 45 in the walls of the casing and opens into the chamber. melting chamber 26 above the floor of the block 22. At the top of the casing 17 is also a tubular boss or fitting 46 extending upwardly in vertical alignment with the channel 23, and preferably forming body with casing 17. At the outer end of boss 46 there is a sight glass 47 of suitable construction through which the openings 24 can be seen so as to observe and control the pouring.
The casting chamber 27 which is located in the casing 17 below the copper block 22 is open on one side to the tunnel 12 and
<EMI ID = 4.1>
tangular and they may, if desired, be integral with the casing 17, although in many cases it is preferable that the tunnels are separate and are permanently or removably attached to the casing. Each tunnel has a floor 51, a front side wall 52, a rear side wall 53 and an upper part 54. Two spaced transverse grooves 55 are formed in each tunnel whose edges reach
<EMI ID = 5.1>
envelope 56 which may be an integral part of the tunnel or be attached to it in a removable manner surrounds the open end of each groove 55 and protrudes towards the rear of the rear wall 53.
Panels 58 and 59 sliding in the two grooves 55 of the tunnel 12 and in the associated envelopes 56 and they are provided with control rods 61 and 62, respectively, which protrude from the outer ends of the envelopes passing through jams 64. Each of the panels 58 and 59
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Figure 1, effectively closes the passage in the tunnel but when it is withdrawn in its envelope 56 it no longer obstructs this passage. The rods 61 and 62 respectively allow the respective panels 58 and 59 to be brought into the desired positions. The tunnel 13 is also provided with two grooves 55 and two envelopes 56 and similar panels slide in the grooves and the envelopes The panels 67 and 68, like the panels 58 and 59 are intended to be moved by their respective control rods 69 and 70 alternately to open or close the passage through the tunnel 13. The panels in the tunnels 12 and 13 are provided to establish air locks in the tunnels and therefore prevent the entry of the unwanted atmosphere therein. of the oven when the molds 15 are introduced into or removed from the casting chamber 27.
Between the panels 58 and 59 in the tunnel 12, the front wall 52 of the tunnel is provided with a semi-cylindrical part 73 projecting outwardly. A cylindrical member 74 is mounted in this projection and in the wall 52 so as to rotate about a vertical axis, as best seen in FIG. 1. A slot parallel to the floor 51 of the tunnel 12 is made in the part. semi-cylindrical 73 and a corresponding transverse bore .77 therewith is provided in the rotating cylindrical member 74. A mold pusher 78 provided with a rounded inner end 79 and a handle 81 at its outer end is associated with the mold. slot in the semi-cylindrical part 73 and in the bore 77.
<EMI ID = 7.1>
pivoting in an arc, it is possible using the inner end of the rod, as shown in FIG. 1, to attack each mold 15 as it passes through the space between the panels 58 and 59 and subsequently, after having closed the panel 58 and opened the panel 59, slide the mold on the floor of the tunnel 12 towards the casting chamber 27. In the embodiment shown in the accompanying drawings, the airlock formed by the pairs of panels 58, 59 and 67, 68 gates are just large enough to accommodate a single mold. However, it is understood that if desired, the airlocks can be made larger so as to be able to introduce two or more molds at the same time in each airlock.
The cage 84 of an associated elevator is adjacent to the front of the pedestal 16 and if desired it can be an integral part of the pedestal. In the cage 84 there are two rods 86 sliding in the cage and comprising at their upper end an annular chamfer 87. The rods 86 are provided at their lower ends with a reduced diameter tail 89 which connects them to a control plate 91. moving vertically in the cage 84 and actively connected to the upper end of a rod
<EMI ID = 8.1>
re of the cage and it is connected by its other end to a pressurized fluid motor 94. The latter can be suspended in any suitable manner, for example by a support 96 extending below the cage.
84, and it is provided with suitable connections 98 with a source of pressurized fluid.
Fittings 100 and 101 come out of the casing 17. The fitting
100 provides a passage 102 communicating with the melting chamber 26 and the fitting 101 a passage 103 communicating with the casting chamber 27. A cooling fluid, for example water enters and leaves the channels 29 inside the block of copper 22 via conduits 105 and 106 which pass through the base 16. Packings 107 are provided to seal the openings in the base through which the conduits 105 and 106 pass.
The molds 15 have substantially a height equal to the outer diameter. The mold shown in section in Figure 3 is a packed mold and it comprises a casing having a cylindrical side wall.
111 connected by a conical part 112 to the bottom 113 and a cover or cap
116 having a centering ring 117 fitting the shell, a tapered outer face 118 (Figure 2) and a bore 119 extending therethrough. The shell and bore 119 in the bonnet 116 contain the packing material
121 of a type suitable for making molds by the process well
<EMI ID = 9.1>
of desired shape, shown in Figure 3 with inside a stirrer blade 122. A portion of the packing material 121 extends above the cap 116 and its periphery has a chamfer corresponding to the chamfer of the face outer 118 of the hat. The bottom 113 of the mold 15 is provided with an annular groove 123 (FIG. 2) in which the annular chamfer
87 of one of the plungers 86 may penetrate to lift the mold from the pedestal 16 and carry it upward to press the tapered outer surface of the cap 116 and the protruding material 121 tightly against the taper wall of one of the pouring openings 24 in the copper block 22. Vents 125 are provided from the mold cavity through the packing material 121 and the mold shell.
A variety of packing materials can be used for molds although it is obviously necessary to avoid the use of materials which readily react with molten metal or are affected by it to such an extent as the precision of the mold. be destroyed. In general, compositions of the types used in the manufacture of crucibles for melting refractory metals such as titanium and zirconium can be used as packing materials. It is desirable that the packing material used have a relatively high thermal conductivity to hasten solidification of the metal. As a consequence, there is less risk of reaction in the mold and removal of the cast metal is possible after a short time.
Two longitudinally movable rods 127 which extend from a point in the trench 23 adjacent to the openings 24 in the copper block 22 and outwardly through the walls of the casing 17 are provided to dislodge the casing. openings, any metal that could solidify there after filling a mold. Each of the rods 127 may be provided with a handle 128 and a tubular guide 129 extending outwardly and provided with a gasket is also provided for each rod. Guides 133 are also provided in the casting chamber 27 for the walls 111 of the mold. These guides rise from the base 16 with which they can form a body and which are aligned longitudinally on the walls of the tunnels 12 and 13.
The operation of the apparatus described above for the production of several refractory metal investment castings is as follows. The first step is to expel the air from inside the oven and from the molds in chamber 27. This is preferably done by first emptying the oven by connecting a vacuum pump to connector 101 and, while the passage 102 is closed, the air is withdrawn through passage 103. Then a stream of inert gas such as argon or helium is sent into the furnace through the inlet passage.
102 to the output passage 103 and we continue to pass this current. Simultaneously or subsequently, the furnace is tilted approximately 30 [deg.] Backwards, that is to say clockwise from the position shown in FIG. 3. The refractory metal or metal and
the alloying elements in any suitable form, for example that of pieces of sponge, shavings, powder that may or may not be agglomerated, is then introduced onto the sole of the block 22 through the introduction tube 44. The current is then started. electric to the electrodes and an arc is established, the heat of which melts the metal or alloy. In the meantime, a stream of cooling liquid was established in the block 22 and the space between the walls 18 and 19 of the casing 17 and the molds 15 were placed in the tunnel 12 and in the casting chamber 27 in- below each pouring opening 24, the doors or panels in the tunnels 12 and 13 then being closed.
When the metal has melted, which occurs in just a few minutes, the pressurized fluid motor 94 is operated to lift the molds 15 in the chamber 27 to the positions shown in Figure 3, where the tapered upper surfaces of the molds are in intimate contact with the flared walls of the openings 24 and they are held in these positions while the furnace tilts forward (counterclockwise) to assume a substantially vertical position. The molten metal then flows from the hearth of block 22 into channel 23
and through the tap holes 24 in the mold cavity. The filling of the molds can be observed through the sight glass 47. When the molds are substantially filled and preferably before the metal accumulates above them in the channel 23, the oven is brought back. Fresh metal can then be introduced through the inlet tube 44 to complete the molten metal bath and as the fresh metal melts the molds 15 which have been filled are lowered onto the base 16 and are replaced in the chamber 27 by other unfilled molds.
This last operation will be better understood by referring to FIGS. 1 and 2. As has been said previously, all the molds 15 have a height substantially equal to the external diameter and consequently they occupy <EMI ID = 10.1>
geur of the tunnels and the clearance between the guide walls 133 in the chamber 27 are substantially equal to the outer diameter of the molds so that the latter are kept aligned. When chamber 27 and tunnels 12 and
13 are all filled with molds as shown in FIG. 2, the molds are moved in the chamber 27 using unfilled molds, by passing the molds through the airlocks in the tunnel 12 and out of the tunnel 13.
This operation first requires opening the panel or door.
68 and the removal of the mold 15 from the outlet airlock using appropriate tools.
Door 68 is then closed and doors 67 and 59 are opened; the mold pusher 78 is operated by hand or by other suitable means so as to pass the mold 15 in the airlock between the doors
58 and 59, beyond the door 59 in the interior part of the tunnel 12. The trajectory of the handle 81 of the pusher during the operation is indicated by the arrows in FIG. 1. The rod 78 being pushed towards the end. 'interior while at the same time being rotated in an arc, it exerts a force on the side of the mold which thereby slides over the floor 51 of the tunnel towards the chamber 27 until it comes into contact with it. the adjacent molds 15 in tunnel 12.
Then, still under the action of the pusher
78, the line of molds is moved to the right (as seen in figure 2) thus pushing another mold into the airlock between the outlet doors 67 and 68. After that, the door 59 is closed. This closure is followed by the closing of the door 67 and the opening of the doors 58 and 68. Another mold is then placed in the airlock between the doors 58 and 59 in the tunnel
12 and the mold located in the tunnel 13 between the doors 67 and 68 is removed. The doors 58 and 68 are then closed and the operation of moving the line of molds inward by the lateral movement of the pusher is repeated. . As a result, two fresh mussels are placed in the chamber.
27 below the tap holes 24.
The pressurized fluid motor is then restarted to lift the molds into the pouring position and the furnace is tilted to fill the molds with molten metal. The previous operation is repeated as often as necessary to cast the desired number of parts.
It is obvious that the introduction of air into the interior must be avoided.
<EMI ID = 11.1>
nel is provided with a connector 135 through which it is possible to evacuate the air in the airlock and the molds after closing the outer door of the airlock and before opening the inner door. At other times, the fittings
135 preferably allow the introduction of an inert gas into the airlock at a pressure greater than atmospheric pressure to prevent air re-entering around the outer door.
The upper parts of the molds being in close contact with the block 22 during casting, this practically avoids the possibility of spilling molten metal into the chamber 27 which would hamper the movement of the molds. In the event that the metal tends to agglomerate and solidify in the channel 23 above the tap holes 24, the rods 127 can be pushed inward after having tilted the furnace back into its position. normal to dislodge any build-up of metal and return it to the molten metal bath 32, thus preventing clogging of the tap holes.
An alternative to avoid the obstruction of the tap holes is shown in Fig. 5. Here, an auxiliary electrode 136 is provided above each tap hole 24. If necessary, the electrode 136 can be lowered like this. is shown in dashed lines and an arc is established which melts the solidified metal which has agglomerated in the channel
23 above the mold, allowing it to flow into a mold or, if the furnace is in its tilted back position during the melting of the excess metal, to flow back into the bath of molten metal.
Figure 4 shows another variant of the invention in which separate and reusable blocks of molds are employed. The mold 198 includes a shell 139, substantially similar to the shell of the molds 15, which encloses blocks of molds 140 (shown with a casting 141) which fit together. Above the blocks is a pouring tube or weight
142 extending outwardly of the shell 139 and provided with a passage
143, the lower end of which communicates with the mold cavity and which is preferably widened at its upper end. As shown in Figure 4, the tap hole in the copper block 22 is slightly modified to have a cylindrical neck 147 between the channel 23 and its conical lower part.
<EMI ID = 12.1>
in the pouring opening with the upper end substantially flush
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can use molds of the type shown in figure 4 with holes
casting such as those shown in Figures 2, 3 and 5. The operation of the furnace with molds of the type shown in Figure 4 is the same as that which has been described. The mold blocks 150 and the weights 142 can be of any suitable material. Both graphite and copper have been found to give good results because due to their high thermal conductivity, the refractory metal cools so quickly that it is not contaminated and the castings can be removed from them. molds in a short time, allowing the molds to be quickly reassembled for new use.
The construction of the furnace makes it easy to obtain precision castings of refractory metals and their alloys of complicated shapes. This results in part from the fact that when an inert gas atmosphere such as argon or helium is used, a pressure difference is established between the melting chamber 26 and the casting chamber 27 when the molds are in place. for casting below the openings 24. Communication between the chambers is reduced to that which can be established by the cavities
molds and the vents 125 in the molds. When the molten metal is forced to flow into the channel 23 above the tap holes, the passage of inert gases between chambers 26 and 27 is completely interrupted and the pressure in chamber 26 rises, thus forcing the metal to enter the mold cavity. It will further be appreciated that it is not necessary to provide an auxiliary source of pressurized fluid to facilitate the casting since the inert gas which provides the protective atmosphere during the melting and casting of the metal provides all the pressure. necessary.
The use of an electric arc for melting refractory metals also contributes to the dimensional accuracy of castings since the metal, when cast, is at a temperature much higher than the melting point and is therefore more fluid.
A large number of castings made of titanium, zirconium and alloys of these two metals were obtained by this process. The castings are sound and in the case of castings with mold lining, the dimensions are very precise. We compared the hardness of one. number of such parts cast with the hardness of the metal or alloy before melting and casting.
The comparison reveals such small variations in hardness that it is evident that the purity of the metal of the castings is essentially unchanged. The absence of contamination in the castings according to the new process of the present invention allowed the precise determination of the properties of a number of titanium and zirconium alloys because samples could easily be obtained with properties. are unchanged. In addition,
the present process has enabled the production of castings of thin sections in
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alloys are so fragile that these parts could not be manufactured in any other way.
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modifications to the process of the present invention and to the apparatus described and shown in the accompanying drawings without departing from the scope of the present invention. For example, instead of rooms 26 and 27 being filled with a
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As has been pointed out previously, it is possible, if desired, to provide larger airlock in the tunnels. In addition, the doors or panels constituting the airlocks can be engaged so as to always keep the interior doors closed when the exterior doors are open and the exterior doors closed when the interior doors are open. In addition, if desired, the operation of the oven can be made more or less automatic by providing interconnections between the mold moving apparatus, the oven tilting mechanism and the mold lifting mechanism. Each of these can .. obviously also be modified or changed. It is also clear that if desired, the furnace can be constructed to make more than the two casts possible in the embodiment shown, or only one.
It is therefore understood that the invention is not limited to the precise construction and operation shown and described by way of example.
CLAIMS.
1. A method of casting refractory metals or alloys, in particular titanium and zirconium and alloys containing these metals, characterized in that the metal is melted in the absence of oxygen in the melting chamber on a surface which does not is not wetted by the molten metal, that a mold is provided below this surface and that this surface is tilted by tilting to introduce the metal into the mold.