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Pour fabriquer avec du fer ou des métaux non ferreux des pièces coulées exemptes de retassures, cavités et fissures, il est connu d'introduire dans la matière fondue dans les creusets, poches ou l'avant-foyer de faibles quantités d'hydrogène juste suffisantes pour éviter les retassures et cavités. Par un. dosage correct on arrive au résultat que lorsque les pièces coulées formées avec la matière fondue ainsi chargée de gaz refreidisseni dans les .moules, coquilles par exemple, les gaz dissous sont libérés à l'intérieur de la pièce coulée en formant des porosités et le gonflement ainsi produit empêche la naissance de retassurer
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et de cavités. La quantité d'hydrogène nécessaire doit être dé- terminée laborieusement par des essais.
Ce procédé n'a pas donné de bons résultats, car il n'est pas possible d'obtenir un dosage uniforme et la concentration nécessaire du gaz dans toute la ma- tière fondue. En outre, les pièces coulées sont pleines de pores grossières et ainsi leur valeur est diminuée tant au point de vue de leur solidité, de leur compacité et de leur imperméabilité qu'au point de vue de la facilité de les usiner par enlèvement de copeaux.
L'invention a pour but d'améliorer encore la qualité des pièces coulées, par exemple en évitant qu'il se forme dans ces pièces des pores grossières qui diminuent leur résistance et em- pêchent leur usinage par enlèvement de copeaux.
-L'invention a pour objet un procéde de fabrication de pièces coulées de haute qualité en fonte de fer ou de métaux non ferreux, en particulier en fonte d'aluminium ou autres métaux légers, dans lesquelles la formation de retassures, cavités et fissures est évitée par la libération de gaz dissous dans la ma- tière fondue lors du refroidissement de cette masse dans le moule. L'invention consiste à introduire et à dissoudre dans la matière fondue des proportions de gaz plus fortes qu'il n'est nécessaire pour éviter la formation de retassures ou de cavités et à couler la masse fondue chargée de cet excès ae gaz. On peut par exemple maintenir le gazage pendant la coulée, l'injection ou le moulage sous pression, ou introduire le gaz immédiatement avant la coulée, l'injection ou le moulage sous pression.
Par conséquent, selon l'invention, on n'introduit pas dans la masse fondue une quantité dosée mais une quantité aussi grande que possible de gaz, par exemple d'hydrogène.
Les avantages le obtenus selon l'invention résident d'une part dans le fait que le fort gazage dissout tous les oxydes et scories, et aussi par exemple dans les métaux légers fondus les
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impuretés telles' que les oxydes, carbures et autres, ou les en- traîne à la surface d' où l'on peut les enlever par grattage. Si, comme il est particulièrement recommandé selon l'invention, on utilise pour le gazage de l'hydrogène ou des gaz contenant de l'hydrogène, ceux-ci ont en outre un effet réducteur sur beau- coup de matières fondues. La pièce fondue devient plus résis- tante à la corrosion grâce à la dissolution ou à l'expulsion des impuretés. En même temps' on s'oppose ainsi à la séparation des constituants des alliages.
La matière fondue purifiée est sursa- turée de gaz. Lors de la solidification dans le moule, ce gaz, l'hydrogène par exemple, se sépare d'une manière inattendue à l'intérieur des pièces coulées en bulles de dimensions microsco- piques qui ne se touchent pas, et non pas en formant des pores grossières. Par conséquent, tandis qu'avec la technique connue il se produit une structure à pores grossières, il se forme se- lon l'invention une structure à bulles sphériques extrêmement petites qui ne se touchent pas, de sorte que la pièce obtenue reste parfaitement imperméable à l'air.
L'hydrogène emprisonné dans les petites bulles ne peut s'échapper nulle part et presse avec sa forte surpression les couches extérieures des pièces à couler, couches encore plas- tiques, pâteuses, mais rendues par le refroidissement parfaite- ment imperméables à l'hydrogène (non plus atomique comme l'hy- drogène dissous mais moléculaire) contenu dans les bulles, jus- que dans les contours éventuels les plus fins du moule, coquille par exemple, de sorte que la pièce coulée est extraordinairement conforme au moule, possède une surface étonnamment lisse et est pratiquement exempte de tensions internes de retrait. En outre, par suite de l'effet de gonflement obtenu par la libération du gaz, on peut réduire au minimum la hauteur de la masselotte.
Pour maintenir dans la matière fondue une concentration aussi forte que possible des gaz dissous et permettre à ceux-ci d'agir d'une manière particulièrement active au commencement du
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refroidissement et de la solidification, on effectue de préfé- rence selon l'invention le gazage de laitière fondue immédiate- ment avant la coulée et on le maintient pendant la coulée, et éventuellement aussi dans les moules. Dans le même- but, on peut aussi effectuer un gazage dans le jet de coulée lui-même, par exemple au moyen d'organes d'introduction disposés dans le trou de coulée du four ou au déversoir des creusets ou autres appa- reils semblables.
Le gazage pout être effectué de diverses ma- nières et au moyen de divers corps, c'est-à-dire au moyen de divers gaz et corps générateurs de gaz. L'hydrogène et les gaz contenant de l'hydrogène sont ceux qui conviennent le uieux, et cela s'applique plus particulièrement au cas de l'aluminium et autres métaux légers mais aussi au fer et alliages ferreux. Par exemple, on peut introduire le gaz dans la matière fondue au moyen d'une lance convenablement déplacée ou sous une .orme so- lide, par exemple sous la forme de corps ou sels chimiques cé- dant leur gaz dans la matière fondue, sous la forme d'hydrures, d'hydrocarbures solides ou autres, ou amener la matière fondue en contact avec ces corps solides.
Pour obtenir une concentration aussi forte que possible du gaz dissous dans la matière fondue, une particularité de l'in- vention consiste à amener cette ratière fondue en contact avec des corps poreux à surface aussi grande que possible tels que des corps poreux céramiques, graphitiques, ou carbo-céramiques sous forme de tuyaux ou plaques par exemple, et à introduire uniformément par ces corps poreux dans la matière fondue un gaz à l'état très finement divisé. Il est alors recelé d'adapter la dimension des pores de ces corps poreux à la tension superficielle de la matière en fusion pour éviter que ce@e-ci ne pénètre dans les pores lorsqu'on interrompt le gazage.
En général, on choisira la forme et la disposition des corps preux de telle sorte qu'ils atteignent toute la matière fondue aussi uniformé-.
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ment que possible. les avantages obtenus par l'utilisation de corps poreux proviennent du fait qu'en introduisant le gaz par ces corps d'où il sort pour pénétrer dans la matière fondue sous la forme d'un très grand nombre de très fines bulles de gaz, celles-ci offrent une très grande surface pour l'absorption du gaz dans la matière en fusion. Cette surface est en outre sensiblement supérieure et si l'on veut plusieurs fois supérieure à la surface du bain de gazage de la matière fondue, par exemple la surface libre du bain, par où le gaz dissous est rediffusé et quitte la matière fondue.
On peut ainsi établir dans la matière fondue un concentration du gaz dissous sensiblement plus forte qu'avec les procèdes con- nus. Il faut cependant surtout établir aussi dans la matière fondue une répartition uniforme du gaz et de la concentration du gaz dissous,et pour cela il faut n'utiliser que des corps poreux de dimension suffisante, par'exemple des corps poreux recouvrant tout le fond.
Alors que les buses utilisées pour l'in- troduction de gaz dans les matières en fusion se bouchent facile- ment, l'obstruction des corps poreux n'est pas à craindre car on peut toujours choisir la dimension de leurs pores de telle sorte que, grâce à la tension superficielle, le métal ne puisse pas pénétrer dans ces pores.Il est ainsi possible d'obtenir et de maintenir d'une manière très simple, même dans les petites fonde- ries, une concentration de gaz en excès dans les matières fon- dues à couler..
L'introduction du gaz à l'aide de corps poreux peut avoir lieu de diverses manières. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, on introduit le gaz dans la matière fondue aussi uniformément que possible au moyen de corps poreux recouvrant le fond d'un creuset ou d'une cuillère de coulée et disposés à une certaine distance au-dessus de ce fond, sous la forme de plaques poreuses adaptées à la section du creuset ou de
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la cuillère ou de tuyaux poreux placés côte-a-côte. Vil peut cependant aussi introduire lu g >z dans la matière fouaue par. <fcG parois poreuses du creuset ou ae la cuillère et/ou des revote-.. monts poreux de la cuillère et/ou des fonds poreux du creuset ou de la cuillère.
Selon un autre uode de réalisation, on introduit le gaz dans la matière fondue par les parois poreuses de l'entonnoir utilisé pour le moule de coulée ou le four. Lorsqu'on coule
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au moyen de poches à quenouille, on peut effectuer le e-:::.Zet3t: à travers des parois poreuses de l'orifice de coulée et du bou- chon. Dans tous les cas, il est avantageux de choisir la dimen- sion des pores et la pression de gaz, et par suite la grosseur
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des bulles de gaz dans la di"ti2-re fondue, de .elle sorte eue la durée du séjour dwns cette '1tiè;t:'e fondue d.s bulles de r>3 ser- des cor.s poreux et enlevant dans la '.ic..tière en fusion soit suffisante pour l'absorion complète de ces bulles de gaz. :
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ce but, lorsqu'on utilise r rétroaction du des cors poreux ayant des pores diri "es vors 1. surf.ce libre de la ma- tière fondue et d'autres ùL'i-:'E;S ra le fond du creuset ou de la poche par exemple, les pores d. ces poreuiries vers la surface libre de 13. ,',-,tisre fondue peuven. être plus tes que les pores dirigées vers le fond du crteuset au ne 1..ocre cette façon, les e,-z criant ywr îa face inféra y,ên tr en t il est vrai dans la matière fondue sous la foras de bulles us grosses mais leur séjour des cette matière :Éoiica(3 est >1us' 1 J;
--- que celui des bulles sortit par la face supérieure du corps Poreux, de sorte que les bulles de gaz rehi:ive.::nt è.-rOSSèS )811- vent être absorbées et qu'on évite les éclaboussures qui se::cient produites par des es de e,-z sortant par la \ snr:L';..ce ¯i=.1e..I va de s oi qu'on peut aussi réchauffer le baz UViJll e 1 f üï ti o- duire. Cela est recommandé lorsque le ras se dissocie dans la masse fondue et iütrodnisal1t du ,# ,, ''issocié
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on peut augmenter la vitesse de diffusion ou d'absorption du gaz dans la matière en fusion. Pour obtenir la dissociation ou réchauffer le gaz, on peut utiliser des corps poreux chauffés à une température plus élevée que la température de la matière .fondue.
Dans le cas d'un gazage au moyen de gaz combustibles et en particulier du gazage de métaux légers fondus avec de l'hydre- gène ou des gaz contenant de l'hydrogène, il est facile de s'as- surer que la matière fondue contient le plus possbile de gaz, et cela par le fait qu'on peut enflammer le gaz et le faire brûler d'une manière continue au-dessus de la matière fondue, dans la- quelle il est introduit par le bas. la composition du gaz de ga- zage est choisie suivant la nature de la matière fondue à traiter.
De préférence, pour un alliage d'aluminium ou autre métal léger, on choisira à la manière connue l'hydrogène ou un gaz contenant de l'hydrogène. Il est d'ailleurs recommandé, comme on l'a dit plus haut, d'utiliser aussi l'hydrogène pour le fer et les al- liages ferreux, c'est-à-dire pour la fabrication de pièces en fonte grise ou en acier coulé. Lorsqu'on veut en outre réduire la teneur'd'un alliage ferreux fondu , on peut de la manière dé- crite et en utilisant aussi des corps poreux traiter préalable- ment la matière fondue avec de l'oxygène -et n'introduire l'hydro- gène qu'ensuite.
Si l'on utilise pour le gazage des gaz combustibles, plus particulièrement de l'hydrogène ou des gaz contenant de l'hydro- gène, on enflamme ce gaz avant l'introduction de la matière fon- due dans le récipient de gazage, en vue d'éviter des explosions.
Lorsqu'il s'agit de fabriquer des pièces coulées, par exemple en aluminium ou autres métaux légers, qui doivent être ensuite traitées ou usinées pour leur donner une surface parfaite- ment lisse ou qui doivent conserver une surface parfaitement lisse .même après avoir été travaillées par enlèvement de copeaux, ce ré- sultat peut être obtenu également par le procédé de l'invention en coulant de la manière décrite dans des moules, chauffés d'une
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manière continue, par exemple des coquilles, une matière fondue chargée d'un excès d'hydrogène ou de gaz contenant de l'hydrogène ou d'un autre gaz convenable.
Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des pièces de toutes sortes coulées ou moulées par injection, sous pression ou même par centrifugation en matières diverses telles qu'un métal léger, de la fonte grise, un métal composite, etc... et l'on observe alors toujours une amélioration de qualité surprenante et non encore égalée.
En particulier, le procédé slon l-'invention permet aussi l'enrobement d'objets métalliques dans des enveloppes métalliques coulées, en préparant des matières fondues chargées d'un excès de gaz soluble, de préférence d'hydrogène, et en coulant ou injectant ces matières fonaues de la manière décrite dans des moules où sont placés les objets métalliques à enrober. le procédé qui vient d'être décrit se prête en particulier à la fabrication de pièces coulées en coquilles avec objets métalliques enrobes, telles que des bielles, coussi- . nets, carcasses de moteur électrique avec paquets de tôle enrobés, etc... On place les pièces à enrober dans des coquilles dans lesquelles on coule ou on injcte des matières fondues, de préférence en métaux légers, chargées d'un excès d'un gaz soluble, en particulier l'hydrogène.
On peu. chauffer Valablement les pièces à enrober et éventuellement les isoler avec un enduit de fonderie avant de les introduire dans les coquille. On utilise alors le fait surprenant que les pièces coulées ..briquées par le procédé selon l'invention sont pratiquent exactes de tensions de retrait, de sorte qu'on évite les donnages qui seraient causés au métal d'enrobage des pièces métalliques par de telles tensions.
Des améliorations importantes de qualité sont obtenues non seulement dans la fabrication de pièce noulées en coquilles ou dans l'enrobage de pièces métalliques dans un métal coulé, mais aussi dans le cas du moulage, en sable. Ainsi, selon une autre --- particularité de @ autre - particularité moulage, en sable. Ainsi, selon une
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fondues charges d'un excès d'hydrogène, par exemple, dans des moules dont la teneur en humidité a été augmentée ou môme dans des moules mouillés.
On obtient alors l'avance qu'il se pro- duit pendant la coulée un effet de trempe, en particulier à la 'surface de la pièce coulée, de sorte que dos pièce, en -tonte ainsi fabriquées présentent une structure améliorée, par exemple une structure de durcissement. En outre, on évite ou atténue ainsi les réactions chimiques du métal liquide avec les matières qui composent le moule, de sorte que la nature de ces ..altères n'a plus qu'une influence très faible sur la quitté de la pièce coulée.
Comme on l'a déjà mentionné, on peut utiliser pour le gazage les gaz les plus divers, que l'on choisit suivant la com- position de la matière fondue. On utilisera de préférence l'hydro- gène pu un gaz connut de l'hydrogène. On peut aussi utiliser un gaz provenant de la gazéification de pièces de bois, de tour- be, etc... D'une manière très simple et suffisante pour beaucoup d'applications, on peut même effectuer un gazage en excès en in- troduisant dans la matière fondue avant ou pendant la coulée un tronc de bois approprié, de préférence en maintenant le bois dans la matière fondue dans des creusets où l'on puise à l'aide de cuillères pour la coulée, en enlevât -de temps en temps le charbon de bois déposé.
L'invention a aussi pour objet les appareils, tels que creusets, cuillères, poches, etc... permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit. Ces appareils sont caractérisés par 'le fait que le fond et les parois, ou dos.parties des parois ou du fond sont constitués par des corps poreax auxquels sont re- liés des conduites de gaz, éventuellement, avecinterposition de chambres de distribution. Selon une autre forme de réalisation, on peut disposer, au-dessus du. fond ou en avant des parois, des corps poreux reliés aux conduises d'arrivée du gaz.
Selon une autre particularité, les orifices de coulée sont revêtus de corps
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poreux auxquels on amène le gaz ..le gazage de façon que celui-ci pénètre de la manière désirée dans le jet do coulée. Outre les corps poreux, on Réutiliser d'autres dispositifs d'introduc- tion de gaz, par exemple des tuyaux céramiques percés de trous pour la sortie du gaz.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre pratiquement.
Les figures 1, 2 et 3 représentent trois formes de réali- sation différentes d'une cuillère de coulée selon l'invention.
Les figures 4, 5 et 6 représentent trois formes de réalisa- tion d'un creuset de cc 'ée selon l'invention.
Les figures 7 et 8 représentent deux forces d'entonnoirs selon l'invention utilisables pour les moules ou les fours.
Les figures 9 et 10 représentent deux formes de réalisa- tion d'une poche de coulée selon l'invention.
Les cuillères dé coulée 1 représentées.sur les figures 1 à 3 sont équipées de corps poreux 2 permettant l'introduction d'un gaz de gazage dans la cuillère. Dans le cas de la figure 1 le corps poreux 2 est disposé au-dessus du fond 3 de la cuillère
1. Le tuyau d'amenée de gaz 4 traverse le fond 3 et est relié à une source de gaz, par exemple à une bouteille d'hydrogène, en Passant par le manche 2 de la cuillère 1.
Pour obtenir une distri- bution uniforme du gaz dans les corps poreux 2 et une répartitior.- uniforme dans la section de la cuillère des gaz sortant par la surface du corps poreux, une chambre de distribution 6 est dis- posée à l'intérieur du corps poreux. les pores du corps 2 sont Plus fines sur la face supérieure que sur la face inférieure., Pour tenir compte du fait que les petites bulles qui sortent par la face inférieure demeurent plus longtemps dans la matière fondue que celles qui sortent par la face supérieure.
L'exemple de la figure 2 est semblable à celui de la figure 1, sauf que le corps poreux 2 est complètement fermé sur
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la. face supérieure.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, le fond et la paroi de la cuillère sont revêtus d'une matière poreuse 2, et ce revêtement est entouré d'une chambre de diotri- bution 6. Dans ce cas, l'arrivée du gaz dans la chambre de distri- bution 6 se fait aussi à travers le fond 3 de la cuillère 1.
La même disposition que dans les cuillères peut être uti- lisée dans- les- creusets 1 représentés sur les figures 4, 5 et 6.
Le creuset 7 de la figure 4 est équipé d'un corps poreux 2 qui fonctionne de la même manière que celui de la figure 1. Le gaz arrive par un tuyau.6 plongeant dans la matière fondue.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 5, une partie 2 des parois, du creuset 7 est poreuse et le gaz arrive par un tuyau 8 plongeant (Uns la masse fondue et non à. travers le fond. Le tuyau 8 débouche dans une chambre de distribution 6 et peut être par exemple un tuyau en céramique ou en matière poreuse.
Dans le cas de la figure 6, toute la paroi intérieure 2 du creuse t 1 est poreuse, et la ratière poreuse, par exemple cé- ramique, est entourée également d'une chambre de distribution 6 dans laquelle le gaz arrive par le tuyau 4.
Pour maintenir le gazage jusqu'immédiatement avant la cou- lée et même encore dans le jet de coulée, on peut utiliser selon l'invention des entonnoirs 0 ou 10 pour moule ou pour four re- présentés respectivement sur les figures 7 et 8. Dans ce cas également les corps poreux 2 sont entourés de chambres de distri- bution 6, dans lesquelles arrivent les gaz par le tuyau 4.
:Dans le cas où la coulée se fait au moyen de poches à quenouille, telles que représentées en coupe partielle sur les figures 9 et 10, -le gaz arrive par la quenouille 11 et à travers des corps poreux 2 disposés autour de l'orifice d'écoulement 32.
On peut choisir la forme de réalisation de la figure 9 lorsque
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le gaz est introduit avant que la Matière fondue arrive dans la- poche 13 et que le gaz est un gaz combustible que l'on enflamme avant l'introduction de la matière dans la poche pour éviter des explosions. On choisit la forme d'exécution de la figure 10 lorsque le gaz combustible est introduit dans la poche 13 alors que celle-ci contient déjà de la matière fondue. Dans les deux cas la poche de coulée 13 est fermée par une quenouille 11 tra- versée axialement par un tuyau 14 d'arrivée de gaz. Un corps po- reux 2 est disposé autour de l'orifice d'écoulement. En outre, dans le cas de la figure 10, la quenouille 11 est fermée à l'ex- trémité inférieure par un corps poreux 15.
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1 ) Un procédé de fabrication de pièces coulées de haute qualité en fonte de fer ou de métaux non ferreux, en particulier en fonte d'aluminium ou autres métaux légers, dans lesquelles la formation de retassures et cavités lors du refroidissement est évitée par la libération de gaz dissous dans la matière fondue, procédé qui consiste à introduire dans la matière fondue des proportions de gaz plus fortes qu'il n'est nécessaire pour évi- ter la formation de retassures ou de cavités et à couler la masse fondue chargée de cet excès de gaz.
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