CA1095238A - Creuset d'analyse thermique pour alliages d'aluminium - Google Patents
Creuset d'analyse thermique pour alliages d'aluminiumInfo
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- CA1095238A CA1095238A CA282,234A CA282234A CA1095238A CA 1095238 A CA1095238 A CA 1095238A CA 282234 A CA282234 A CA 282234A CA 1095238 A CA1095238 A CA 1095238A
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Abstract
L' invention concerne un creuset pour l'analyse thermique des alliages d'aluminium pendant leur solidification. Ce dispositif comprend un creuset dont les parois et le fond sont en tôle fine, muni en son centre d'une gaine de protection pour thermocouple d'axe vertical et dont le fond est recouvert d'une galette en matériau isolant. L'invention sert en particulier à la détermination de l'état de modification des alliages de moulage d'aluminium contenant du silicium.
Description
~09S238 La présente invention a pour objet un appareillage pour l'analyse thermique des alliayes d'aluminium.
Le contrôle par analyse thermique des alliages métal-liques liquides consiste à prélever un échantillon de métal li-quide et à le laisser se solidifier dans des conditions identi-ques et reproductibles tout en enregistrant l'évolution de la température en fonction du temps. On sait en effet que dans les alliages composés de plusieurs constituants, il existe un inter-valle de solidification entre la température du liquidus (début de solidification) et du solidus (fin de solidification). Mais a l'intérieur de cet intervalle la température ne décroit pas de facon uniforme : le dépôt d'une nouvelle phase se traduit en effet par des changements plus ou moins brutaux de pente, les dépôts d'eutectiques par des paliers. L'observation de ces acci-dents, l'importance des paliers renseignent sur la composition de l'alliage. Ce procédé est couramment employé pour le contrô-le avant coulée des fontes et des aciers. On repère dans ce cas, la temperature de début de solidification de l'alliage ce qui donne une indication sur la composition chimique (équivalent en carbone dans les fontes, teneur en carbone des aciers).
Pour ce genre de mesures, le métal liquide est versé
dans un creuset habituellement réalisé en sable a noyau que l'on protege intérieurement. Ce creuset est muni, approximativement en son centre d'un thermocouple inséré dans le creuset au mo-ment de sa fabrication. Comme la soudure de ce thermocouple est directement au contact du métal pendant la mesure, le fil - utilisé doit être relativement robuste et a par exemple un dia-metre de l'ordre de 0,5mm. Les creusets ne servant qu'une fois, ils sont généralement prévus pour être disposés sur un support muni de broches assurant le contact quand le creuset repose sur son support entre les fils du thermocouple et le cordon de com-pensation qui les relie à l'appareil enregistreur.
lO~SZ3~3 Dans le cas de l'analyse thermique des al]iages d'alu-minium et en particulier dans le cas des alliages de moulage alu-minium-silicium qui sont proches de l'eutectique plus que des in-formations sur la composition, ce sont des informations sur l'é-tat de modification de l'alliage qui sont intéressantes. On sait, en effet, que ce type d'alliage peut présenter des structures métallographiques très différentes (modifiées) selon la présence ou l'absence d'éléments difficilement dosables ou qui s'élimi-nent facilement, tels le sodium, le calcium, le phosphore, l'an-timoine... Les traits distinctifs de cette structure sont laprésence ou l'absence de Si primaire, la structure fine ou gros-sière de l'eutectique Al-Si, la forme et la taille des dendrites d'aluminium. Or ces structures ont une influence considérable non seulement sur les caractéristiques mécaniques des pièces moulées, mais également sur leurs propriétés de fonderie et notamment la taille et la forme de la retassure. C'est ainsi que certaines pièces coulées, en particulier en coquille, ne peuvent être obtenues saines qu'avec une structure ou un degré
de modification bien déterminé. Il est donc très important de connaître immédiatement avant la coulée l'état de modification ou l'alliage que l'on s'apprête à couler. Or cet état de modi-fication peut etre apprécié par certains des parametres des courbes de refroidissement tels que la surfusion à la solidifi-cation eutectique, la température précise au palier eutectique, la pente de la courbe de refroidissement après solidification eutectique. Les variations de ces paramètres sont plus faibles que dans le cas des alliages ferreux ce qui nécessite des mesu-res plus précises. Il est alors avantageux d'utiliser un maté-riel différent de celui décrit ci-dessus afin de résoudre les 0 problèmes suivants:
a) avec le creuset tel que décrit plus haut, la quan-tité de chaleur absorbée par le creuset au moment de son remplis-sage est trop importante. Ceci perturbe le début de la courbe et peut même parfois masquer completement le début de solidifi-cation (la température du liquidus étant atteinte avant même que le couple ait atteint la température de l'alliage). Mais, même si ceci n'est pas le cas, la vitesse d'évacuation des calo-ries n'est pas constante pendant toute la solidification, ce qui a pour inconvénient de rendre imprécis le contrôle d'affi-nage.
On remédie en partie à cet inconvénient en préchauf-fant le creuset mais ceci complique la mesure et crée une nou-velle source de dispersion.
b) Le diamètre du couple est trop important ce qui provoque une perturbation de la mesure principalement en fin de solidification. En effet, le couple contribue a l'évacuation des calories, probablement par conduction a travers les fils, ce qui provoque dans certains cas l'apparition d'un deuxieme front de solidification qui se dirige du couple vers l'exté-rieur.
Ce phénomene rend totalement impossible la prévision du comportement de l'alliage à la retassure qui consiste à ap-précier la régularité du front de solidification normal qui se déplace de l'extérieur vers l'intérieur.
- c) I.e temps de solidification est trop court et ne permet pas de bien apprécier les phénomenes.
La demanderesse a découvert et mis au point un dispo-sitif permettant de résoudre ces problemes et donc particulière~
ment adapté à l'analyse thermique des alliages d'aluminium.
Un creuset pour alanyse thermique d'alliages d'alumi-nium comprend donc, selon la présente invention:
une enveloppe métallique, en forme de cylindre muni d'un fond dont les parois latérales sont constituées par une tôle métallique mince et dont le fond est muni d'un trou central, lO~SZ3~
une galette en matériau isolant disposée au fond de cette enveloppe dont elle épouse la forme, et percée de part en part d'un trou axial quiprolonge le trou central du fond, une gaine métallique pour thermocouple à paroi mince maintenue ou scellée dans l'orifice central de la galette dont la partie supérieure fermée est sensiblement au milieu de la hauteur du cylindre au-dessus de la galette et dont la partie inférieure ouverte ne touche pas le fond métallique de l'enve-- loppe.
La présente invention va être maintenant décrite plus en détails mais d'une manière non limitative avec références aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente un dispositif selon l'art antérieur, - la figure 2 représente un dispositif selon la pré-sente invention.
Selon l'art antérieur, on utilise un appareil tel que représenté sur la figure 1. Le métal liquide est versé dans un creuset habituellement réalisé en sable à noyau 1 que l'on protège intérieurement. Ce creuset est muni, approximativement en son centre d'un thermocouple 2 inséré dans le creuset au moment de sa fabrication. Comme la soudure de ce thermocouple est direc-tement au contact du métal pendant la mesure, le fil utilisé doit ; être relativement robuste et a par exemple un diamètre de llordre de 0,5 mm. Les creusets ne servant qu'une fois, ils sont géné-- ralement prévus pour être disposés sur un support 3 muni de broches assurant le contact quand le creuset repose sur son support entre les fils du thermocouple et le cordon de compensa-tion 4 qui les relie à l'appareil enregistreur 5.
Le dispositif selon la présente invention, représenté
figure 2, est constitué par un petit creuset en tôle d'acier mince 6 dont le fond est percé par un trou central 7. Au fond ~4~
~O~S238 de ce creuset, on place une galette en matériau isolant thermi-quement par exemple en sable à noyau 8 de quelques millimètres à
quelques dizaines de mm d'épaisseur. Ce-tte galette maintient en son centre un tube métallique fin 9, par exemple en acier inoxy-dable, fermé à sa partie supérieure, qui sert de gaine protectri-ce au thermocouple utilisé pour la mesure. La partie inférieure du tube est noyée dans la galette en sable à noyau et ne touche pas le fond métallique du creuset de manière à éviter les pertes thermiques par le fond du creuset.
On introduit à l'intérieur du tube métallique central un couple thermoélectrique blindé de fa~on à ce que la soudure de ce thermocouple soit sensiblement au niveau de la partie su-périeure fermée du tube central.
A titre d'exemple, les dimensions du creuset peuvent être les suivantes:
- diamètre de 40 mm à 70 mm de préférence voisin de 55 mm, - hauteur de 50 mm à 120 mm de préférence voisine de 95 mm.
La tôle doit être de faible épaisseur de 0,1 à 1 mm, de préférence voisine de 0,2 mm afin que la capacité calorifi-que soit peu importante. Pour la même raison, la gaine du ther-mocouple et le couple lui-même doivent être de faibles dimen-sions : on utilisera de préférence un couple blindé, de diamètre voisin de 1 mm introduit dans une gaine de diamètre supérieure un peu plus élevée. La longueur de la gaine est telle que sa partie supérieure soit sensiblement au niveau du milieu de la hauteur libre au-dessus de la galette en matériau isolant dont l'épaisseur est de l'ordre de 15 mm.
Un tel dispositif présente les avantages suivants:
- sa capacité calorifique est peu importante, - son inertie thermique est très faible de sorte que ~0952.~8 la mise en température du creuset lui-meme et du thermocouple est pratiquement instantanée, - l'effet "refroidisseur" du couple est pratiquement négl.igeable, - le thermocouple est permanent, il n'est pas détruit à chaque mesure comme dans le cas précedent, - le temps de solidification de l'echantillon est en moyenne de 6 mm 30 s ce qui permet une bonne mise en evidence des phenomenes~
Le contrôle par analyse thermique des alliages métal-liques liquides consiste à prélever un échantillon de métal li-quide et à le laisser se solidifier dans des conditions identi-ques et reproductibles tout en enregistrant l'évolution de la température en fonction du temps. On sait en effet que dans les alliages composés de plusieurs constituants, il existe un inter-valle de solidification entre la température du liquidus (début de solidification) et du solidus (fin de solidification). Mais a l'intérieur de cet intervalle la température ne décroit pas de facon uniforme : le dépôt d'une nouvelle phase se traduit en effet par des changements plus ou moins brutaux de pente, les dépôts d'eutectiques par des paliers. L'observation de ces acci-dents, l'importance des paliers renseignent sur la composition de l'alliage. Ce procédé est couramment employé pour le contrô-le avant coulée des fontes et des aciers. On repère dans ce cas, la temperature de début de solidification de l'alliage ce qui donne une indication sur la composition chimique (équivalent en carbone dans les fontes, teneur en carbone des aciers).
Pour ce genre de mesures, le métal liquide est versé
dans un creuset habituellement réalisé en sable a noyau que l'on protege intérieurement. Ce creuset est muni, approximativement en son centre d'un thermocouple inséré dans le creuset au mo-ment de sa fabrication. Comme la soudure de ce thermocouple est directement au contact du métal pendant la mesure, le fil - utilisé doit être relativement robuste et a par exemple un dia-metre de l'ordre de 0,5mm. Les creusets ne servant qu'une fois, ils sont généralement prévus pour être disposés sur un support muni de broches assurant le contact quand le creuset repose sur son support entre les fils du thermocouple et le cordon de com-pensation qui les relie à l'appareil enregistreur.
lO~SZ3~3 Dans le cas de l'analyse thermique des al]iages d'alu-minium et en particulier dans le cas des alliages de moulage alu-minium-silicium qui sont proches de l'eutectique plus que des in-formations sur la composition, ce sont des informations sur l'é-tat de modification de l'alliage qui sont intéressantes. On sait, en effet, que ce type d'alliage peut présenter des structures métallographiques très différentes (modifiées) selon la présence ou l'absence d'éléments difficilement dosables ou qui s'élimi-nent facilement, tels le sodium, le calcium, le phosphore, l'an-timoine... Les traits distinctifs de cette structure sont laprésence ou l'absence de Si primaire, la structure fine ou gros-sière de l'eutectique Al-Si, la forme et la taille des dendrites d'aluminium. Or ces structures ont une influence considérable non seulement sur les caractéristiques mécaniques des pièces moulées, mais également sur leurs propriétés de fonderie et notamment la taille et la forme de la retassure. C'est ainsi que certaines pièces coulées, en particulier en coquille, ne peuvent être obtenues saines qu'avec une structure ou un degré
de modification bien déterminé. Il est donc très important de connaître immédiatement avant la coulée l'état de modification ou l'alliage que l'on s'apprête à couler. Or cet état de modi-fication peut etre apprécié par certains des parametres des courbes de refroidissement tels que la surfusion à la solidifi-cation eutectique, la température précise au palier eutectique, la pente de la courbe de refroidissement après solidification eutectique. Les variations de ces paramètres sont plus faibles que dans le cas des alliages ferreux ce qui nécessite des mesu-res plus précises. Il est alors avantageux d'utiliser un maté-riel différent de celui décrit ci-dessus afin de résoudre les 0 problèmes suivants:
a) avec le creuset tel que décrit plus haut, la quan-tité de chaleur absorbée par le creuset au moment de son remplis-sage est trop importante. Ceci perturbe le début de la courbe et peut même parfois masquer completement le début de solidifi-cation (la température du liquidus étant atteinte avant même que le couple ait atteint la température de l'alliage). Mais, même si ceci n'est pas le cas, la vitesse d'évacuation des calo-ries n'est pas constante pendant toute la solidification, ce qui a pour inconvénient de rendre imprécis le contrôle d'affi-nage.
On remédie en partie à cet inconvénient en préchauf-fant le creuset mais ceci complique la mesure et crée une nou-velle source de dispersion.
b) Le diamètre du couple est trop important ce qui provoque une perturbation de la mesure principalement en fin de solidification. En effet, le couple contribue a l'évacuation des calories, probablement par conduction a travers les fils, ce qui provoque dans certains cas l'apparition d'un deuxieme front de solidification qui se dirige du couple vers l'exté-rieur.
Ce phénomene rend totalement impossible la prévision du comportement de l'alliage à la retassure qui consiste à ap-précier la régularité du front de solidification normal qui se déplace de l'extérieur vers l'intérieur.
- c) I.e temps de solidification est trop court et ne permet pas de bien apprécier les phénomenes.
La demanderesse a découvert et mis au point un dispo-sitif permettant de résoudre ces problemes et donc particulière~
ment adapté à l'analyse thermique des alliages d'aluminium.
Un creuset pour alanyse thermique d'alliages d'alumi-nium comprend donc, selon la présente invention:
une enveloppe métallique, en forme de cylindre muni d'un fond dont les parois latérales sont constituées par une tôle métallique mince et dont le fond est muni d'un trou central, lO~SZ3~
une galette en matériau isolant disposée au fond de cette enveloppe dont elle épouse la forme, et percée de part en part d'un trou axial quiprolonge le trou central du fond, une gaine métallique pour thermocouple à paroi mince maintenue ou scellée dans l'orifice central de la galette dont la partie supérieure fermée est sensiblement au milieu de la hauteur du cylindre au-dessus de la galette et dont la partie inférieure ouverte ne touche pas le fond métallique de l'enve-- loppe.
La présente invention va être maintenant décrite plus en détails mais d'une manière non limitative avec références aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente un dispositif selon l'art antérieur, - la figure 2 représente un dispositif selon la pré-sente invention.
Selon l'art antérieur, on utilise un appareil tel que représenté sur la figure 1. Le métal liquide est versé dans un creuset habituellement réalisé en sable à noyau 1 que l'on protège intérieurement. Ce creuset est muni, approximativement en son centre d'un thermocouple 2 inséré dans le creuset au moment de sa fabrication. Comme la soudure de ce thermocouple est direc-tement au contact du métal pendant la mesure, le fil utilisé doit ; être relativement robuste et a par exemple un diamètre de llordre de 0,5 mm. Les creusets ne servant qu'une fois, ils sont géné-- ralement prévus pour être disposés sur un support 3 muni de broches assurant le contact quand le creuset repose sur son support entre les fils du thermocouple et le cordon de compensa-tion 4 qui les relie à l'appareil enregistreur 5.
Le dispositif selon la présente invention, représenté
figure 2, est constitué par un petit creuset en tôle d'acier mince 6 dont le fond est percé par un trou central 7. Au fond ~4~
~O~S238 de ce creuset, on place une galette en matériau isolant thermi-quement par exemple en sable à noyau 8 de quelques millimètres à
quelques dizaines de mm d'épaisseur. Ce-tte galette maintient en son centre un tube métallique fin 9, par exemple en acier inoxy-dable, fermé à sa partie supérieure, qui sert de gaine protectri-ce au thermocouple utilisé pour la mesure. La partie inférieure du tube est noyée dans la galette en sable à noyau et ne touche pas le fond métallique du creuset de manière à éviter les pertes thermiques par le fond du creuset.
On introduit à l'intérieur du tube métallique central un couple thermoélectrique blindé de fa~on à ce que la soudure de ce thermocouple soit sensiblement au niveau de la partie su-périeure fermée du tube central.
A titre d'exemple, les dimensions du creuset peuvent être les suivantes:
- diamètre de 40 mm à 70 mm de préférence voisin de 55 mm, - hauteur de 50 mm à 120 mm de préférence voisine de 95 mm.
La tôle doit être de faible épaisseur de 0,1 à 1 mm, de préférence voisine de 0,2 mm afin que la capacité calorifi-que soit peu importante. Pour la même raison, la gaine du ther-mocouple et le couple lui-même doivent être de faibles dimen-sions : on utilisera de préférence un couple blindé, de diamètre voisin de 1 mm introduit dans une gaine de diamètre supérieure un peu plus élevée. La longueur de la gaine est telle que sa partie supérieure soit sensiblement au niveau du milieu de la hauteur libre au-dessus de la galette en matériau isolant dont l'épaisseur est de l'ordre de 15 mm.
Un tel dispositif présente les avantages suivants:
- sa capacité calorifique est peu importante, - son inertie thermique est très faible de sorte que ~0952.~8 la mise en température du creuset lui-meme et du thermocouple est pratiquement instantanée, - l'effet "refroidisseur" du couple est pratiquement négl.igeable, - le thermocouple est permanent, il n'est pas détruit à chaque mesure comme dans le cas précedent, - le temps de solidification de l'echantillon est en moyenne de 6 mm 30 s ce qui permet une bonne mise en evidence des phenomenes~
Claims (3)
- Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
l. Creuset pour analyse thermique d'alliages d'alu-minium caractérisé en ce qu'il se compose:
a) d'une enveloppe métallique, en forme de cylindre muni d'un fond dont les parois latérales sont constituées par une tôle métallique mince et dont le fond est muni d'un trou cen-tral, b) d'une galette en matériau isolant disposée au fond de cette enveloppe dont elle épouse la forme, et percée de part en part, d'un trou axial qui prolonge le trou central-du fond, c) d'une gaine métallique pour thermocouple a paroi mince maintenue ou scellée dans l'orifice central de la galette dont la partie supérieure fermée est sensiblement au milieu de la hauteur du cylindre au-dessus de la galette et dont la partie inférieure ouverte ne touche pas le fond métallique de l'enve-loppe. - 2. Creuset pour analyse thermique des alliages d'alu-minium selon la revendication l caractérisé en ce que le creuset a les dimensions approximatives suivantes: hauteur de 50 mm a 120 mm; diamètre de 40 à 70 mm; épaisseur de la tôle de 0,1 à
l mm, diamètre de la gaine de thermocouple légèrement supérieure à l mm; épaisseur de la galette de quelques millimètres a quel-ques dizaines de millimètres. - 3. Appareil pour l'analyse thermique des alliages d'aluminium composé d'un creuset selon l'une quelconque des re-vendications 1 ou 2, et d'un couple thermoélectrique placé à
l'intérieur de la gaine de telle sorte que sa soudure se trouve, au niveau de la partie supérieure fermée de la gaine relié, é-ventuellement par un cordon de compensation, à un appareil enre-gistreur.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7622441A FR2357891A1 (fr) | 1976-07-09 | 1976-07-09 | Creuset d'analyse thermique pour alliages d'aluminium |
| FR7622441 | 1976-07-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1095238A true CA1095238A (fr) | 1981-02-10 |
Family
ID=9176031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA282,234A Expired CA1095238A (fr) | 1976-07-09 | 1977-07-07 | Creuset d'analyse thermique pour alliages d'aluminium |
Country Status (16)
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| CA (1) | CA1095238A (fr) |
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| DE (1) | DE2730813C3 (fr) |
| DK (1) | DK150996C (fr) |
| ES (1) | ES460475A1 (fr) |
| FR (1) | FR2357891A1 (fr) |
| GB (1) | GB1551491A (fr) |
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| JPH0447459Y2 (fr) * | 1985-10-30 | 1992-11-10 | ||
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| DE3837960C2 (de) * | 1988-11-09 | 1994-09-01 | Heraeus Kulzer Gmbh | Schmelzmulde für das Erschmelzen von Metall |
| DE3919920A1 (de) * | 1989-06-19 | 1991-01-03 | Leybold Ag | Einrichtung zum messtechnischen erfassen des temperaturverlaufs einer metall- oder metallegierungsschmelze |
| DE4433685C2 (de) * | 1994-09-21 | 1997-02-13 | Heraeus Electro Nite Int | Sensoranordnung zur Temperaturmessung, Temperaturmeßeinrichtung und - verfahren |
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| US2764402A (en) * | 1953-02-10 | 1956-09-25 | Milton E Newhall | Thermocouple mounting for lead bath |
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| DE1433579A1 (de) * | 1962-05-30 | 1968-11-21 | Max Planck Inst Eisenforschung | Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Temperaturmessung von Eisen- und Stahlschmelzen,insbesondere beim Blasstahlverfahren |
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1977
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