Procédé de fabrication de moules pour la coulée de magnésium et d'alliages de magnésium. L'invention a pour objet un procédé de fabrication -de moules au moyen de mass es@ de moulage plastiques, pour la coulée,dia magné sium et d'alliages de magnésium.
On a proposé depuis longtemps un procédé de fabrication de moules, en particulier pour la coulée d'alliages ferreux et cuivreux, sui vant lequel les moules sont constitués par une masse ,d@e moulage préparé à.
partir d'un mélange de sable et d'un liant hydraulique tel que du ciment, ,avec addition d'une quan tité d'eau telle que la masse présente, d'une part, le pouvoir liant indispensable pour la confection des moules, mais qu'elle présente, d'autre part, après, la prise du liant,
la per méabilit6 aux gaz qui -est désirable pour la fabrication -de pièces coulées. Entre autres avantages, ces masses de moulage offrent celui que la. fabrication ,des moules est exte- mement facile et simple, qu'elle peut aussi avoir lieu par le procédé de moulage dit "sans châssis", et que l'étuvage des moules est supprimé.
La procédé trouve sa principale application, en particulier, avec dessables si- liceuxexempts d'argile (par exemple le sable quartzeux), qui par eux-mêmes ne se prêtent pas, sans l'aide d'un liant particulier, à la confection -de moules et -d'éléments de moules (noyaux).
La coulée du magnésium et -des alliages de magnésium a lieu depuis de nombreuses années -déjà dans, des moules. dits en sable vert, contenant des matières de protection qui protègent le métal, à;
la température -de la coulée, contre l'oxydation -et contre les réac tions résultant de la présence d'eau (humi- @dité) dans le sable du moule. Comme ma tières protectrices de ce genre peuvent être citées, par exemple, des matières qui, par fu sion au contact du métal, produisent une pel licule protectrice sur les parois intérieures du moule, telles, par exemple, que certaines' ré Bines, ou encore des:
ma;tières, qui, dans le moule, au contact du métal en fusion, for- ment des gaz inertes ou facilement oxydables, telles que le soufre par exemple, certains hydrocarbures et en particulier la naphtaline, qui sont, ou dont les produits d'oxydation sont sans action nuisible sur le métal, tout en pouvant toutefois éventuellement entrer aussi en réaction avec la surface du métal en cours de solidification, en formant de minces couches superficielles qui empêchent la corrosion.
A ces dernières matières, appar tiennent l'acide borique et certains sels d'am monium en particulier le fluorure d'ammo nium. Comme l'addition d'un liant particulier au sable de moulage n'est pas envisagée, et comme les matières de protection ne possè dent généralement pas non plus les propriétés d'un liant, ces procédés exigent l'utilisation de sables :de moulage ayant une teneur suffi sante en argile ou en composés analogues à l'argile pour leur assurer une plasticité pro pre suffisante.
L'invention a pour objet un procédé de fabrication de moules pour la. coulée du ma gnésium et d'alliages de magnésium, compor tant l'emploi de matières protectrices mélan gées avec la. matière de moulage et empêchant toute réaction du magnésium sur les matières de moulage.
Ce procédé est ca.raetérisé en ce que l'on constitue les moules au moyen d'un mélange de sable, de liant hydraulique et d'eau en proportion telle que la masse pré sente, d'une part, une cohésion suffisante pour se prêter à.
la constitution des moules., mais qu'elle présente, d'autre part, après la prise du liant, une perméabilité suffisante aux gaz et aux vapeurs, mélange auquel est incorporé, au moins dans la partie destinée à constituer la "couche modèle" -des moules, du soufre à l'état finement divisé. Comme liant hydraulique, on peut utiliser notamment du ciment.
Le fait qu'il est en somme possible de couler le magnésium et ses alliages dans des moules :de ce genre, sans qu'il y ait entre le métal et la masse de moulage de réaction vio- lente accompagnée d'une oxydation (combus tion) très poussée du métal, est tout à fait surprenant.
On sait en effet qu'aux tempéra.- turcs usuelles de coulée de magnésium et de ses alliages (740 à<B>82O'</B> C), le métal, par suite de sa tendance prononcée a, se combiner avec l'oxygène, lorsqu'il est en contact avec du ciment, même de prise très ancienne, extrait -de celui-ci son eau de constitution jus qu'à une profondeur do couche considérable et s'oxyde avec violence en décomposant cette eau.
Cette combustion du métal conduit à, des élévations considérables de température (1 < i00 C et plus), de sorte que de véritables ,explosions se produisent parfois, par suite de la vaporisataion subite, ainsi causée, de l'eau de constitution. En fait, comme l'expérience l'a déjà montré à. l'occasion, lorsque du ma gnésium liquide tombe par inadvertance sur des sols en ciment, il se produit une réaction accompagnée d'une projection du métal liquide dans tous les sens.
D'autre part, on ne pouvait aussi nulle ment s'attendre a ce que l'une des matières protectrices usuelles utilisées pour la coulée du magnésium et des alliages de magnésium, étant mélangée avec une masse de moulage constituée par du sable siliceux et du ciment., exercerait son action protectrice sur le métal à couler, après la prise de cette masse.
Il fal lait s'attendre au contraire à. ce que la pré- sene(J de la, matière protectrice empêchât com plètement la prise du ciment, ou tout au moins la retardât tellement qu'il n'eût plus été possible d'envisager la moindre utilisation pratique du procédé.
Et effectivement, comme l'ont montré des essais, un certain nombre de matières protectrices proposées pour la coulée du magnésium et d'alliages de magnésium ont aussi une action nuisible sur la prise du ciment. -lia présence d'acide borique (0.25 à 0,5 %) l'empêche complètement, et une addi tion de naphtaline ralentit très considérable ment la prise. Lie fluorure d'ammonium <B>(0,25%</B> par exemple) provoque aussi un ra lentissement notable.
Cependant, contraire ment à, ce qui se produit avec ces matières, il est surprenant de constater qu'une addition de fleur de soufre (par exemple jusqu'à.
4 et même plus) n'a absolument aucune influ ence sur la vitesse de prise du mélange de sable et de ciment. Mais, d'autre part, on pouvait compter presque sûrement que, ,du fait de son mélange intime avec le ciment, le soufre serait tellement emprisonné dans ce dernier, pendant la prise, qu'il ne pourrait pans exercer, pendant la coulée du métal,
ou seulement dans une mesure très restreinte, son action protectrice typique, qui est en; effet liée directement à une volatilisation du soufre par son contact immédiat avec le métal liquide.
Or, des, essais ont conduit à la constata tion surprenante qu'il es-t possible de faire,des pièces moulées en magnésium et en alliages de magnésium sans aucun danger, par cou lée dans des masses de moulage consti tuées essentiellement par les mélanges, men tionnés plus haut, de sable, de ciment et d'eau avec une addition de fleur de soufre au moins dans la partie constituant la ,;
couche modèle". On a constaté en outre que les pièces moulées obtenues suivant l'inven tion, non seulement sont équivalentes aux pièces coulées à la manière usuelle dans des moules en sable vert, mais qu'elles, leur sont même supérieures en ce qui concerne certaines propriétés.
En. particulier, elles présentent non seulement une texture qui -est saine en soi, mais aussi une finesse de grain qu'il n'est pas possible d'obtenir autrement avec la coulée en sable et qui est comparable à celle que l'on obtient à l'aide de moules en métal (coulée en coquille).
Ce dernier phénomène s'explique probaablement par le fait -qu'après la coulée, le refroidissementdans, les moules conformes @à l'invention s'effectue beaucoup plus rapidement que dans. les moules ordi naires ensable, en raison de la meilleure con ductibilité calorifique de la matière -de mou lage et,
de la cohésion plus intime entre ses éléments constituants, par suite de la liaison des grains de sable siliceux par le ciment. Cette augmentation ,de la finesse de grain s'accompagne, ainsi qu'on le sait, d'une amé lioration considérable -des propriétés mécani ques.
Une autre conséquence de l'augmentation de la finesse -de .grain de la structure est la plus grande compacité des pièces coulées pro- duites, ,
de sorte que le procédé de l'invention est particulièrement recommandable lomqu'.il s'agit -de la production de pièces coulées -de haute valeur pour .des applications pour les- quelles il importe d'obtenir une étanchéité particulière.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet, dans de nombreux cas, @de supprimer l'emploi des pièces dites "refroidisseurs" .dans ,des cas où elles sont autrement absolument indispensables, en; particulier aux endroits qui présentent une accumulation de matière eon- sidérable;
on sait que l'emploi -de ces refroi disseurs, ainsi que leur traitement prépara toire pour la coulée, sont difficiles -et compli qués et grèvent très considérablement la pré paration des moules.
Outre les avantages qui viennent d'être cités, l'application :du procédé de l'invention pour la fabrication de pièces moulées en ma gnésium et en alliages de magnésium a encore les autres avantages propres à l'utilisation d'une matière de moulage constituée par -des mélanges @de
sable et de ciment, tels que la diminution de la durée ,du moulage, une pos sibilité accrue d'employer une main-,d'#uvre non spécialisée pour le moulage, la ,suppres sion des châssis d e moulage, une excellente perméabilité des moules à l',égard ,d@es;gaz, ,etc.
D'ans l'application du procédé de l'inven tion, on emploie de préférence les mêmes pro portions ,de sable siliceux, de ciment et d'eau, que pour la coulée d'alliages ferreux et cui vreux dans des masses de moulage ,de ce genre;
la proportion d e ciment peut être com prise entre environ 5 @et 15 % du poids du sable, @et la quantité @d%au entre 5 et 1,0 % du poids -du sable.
La quantité @de soufre -à ajou ter à la masse de moulage peut,être comprise enrtre 1 et 16 % @du Poids cdu sable, selon l'épais- @eur des pièces coulées (à produire.
Comme il ressort ,de ce qui a été ,dit plus haut, on n'a pas d'ailleurs besoin. d'incorporer le ,soufre à la totalité de la masse de moulage et l'on peut sa borner à l'incorporer ,à la partie du mélange employée pour constituer la "couche modèle". Concurremment avec le soufre, on a cons taté qu'il peut aussi être avantageux d'ajouter du fluorure d'ammonium en quantité variant enre 0,
10 et 0;30% du poids du sable, soit en forme de poudre, soit par pulvérisation et projection d'une solution concentrée du sel. L'addition de fluorure d'ammonium peut avoir lieu pendant la prise de la. masse de moulage ou vers la. fin de cette prise; en effet, la masse de moulage peut être démou lée immédiatement après la constitution du moule, et se soutient, même sur des faces ver ticales, sans varier de forme, la prise durant quelques heures après ce démoulage.
On peul également, par exemple. procéder à la fois des deux façons indiquées ci-dessus, en ajoutant de la. poudre de fluorure d'ammonium à. la masse .de moulage non moulée, puis en asper geant ou en badigeonnant la surface inté rieure du moule, immédiatement après, avec une solution concentrée de fluorure d'ammo nium.
Par contre, une incorporation d'acide borique à, la masse de moulage ne semble pas être avantageuse. Cependant, concaremment avec l'incorporation de soufre à, la, masse de moulage, on peut aussi asperger on badigeon ner la surface intérieure du moule avec une solution concentrée d'acide borique pendant ou après la prise.
Il est à, remarquer que l'application de matières de protection telles que le fluorure d'ammonium ou l'acide borique par simple aspersion de la surface intérieure. du moule au moyen de leurs solutions, permet de réa liser une économie considérable de ces ma tières.
Voici, à titre d'exemple non limitatif, un mélange qui a été reconnu propre à l'applica tion du procédé de l'invention: Sable siliceux, par exemple sable quart- zeux: 140 parties en poids: ciment (ciment, Portland artificiel de bonne qualité): 12 par ties en poids; soufre (en fleur) : 4 parties en poids; fluorure d'ammonium: 0,25 parties en poids: eau: 6 parties en poids.
L'eau peut être ajoutée au sable avant, pendant ou après le mélange avec les mitres matières. Dans certains cas, on peut utiliser aussi un sable siliceux contenant déjà. 1-a quantité d'eau nécessaire sous forme d'humi dité naturelle.
Manufacturing process of molds for casting magnesium and magnesium alloys. The invention relates to a method of manufacturing -de molds by means of plastic molding mass es @, for casting, dia magnesium and magnesium alloys.
A process for the manufacture of molds has long been proposed, in particular for the casting of ferrous and copper alloys, according to which the molds are constituted by a mass, d @ e molding prepared for.
from a mixture of sand and a hydraulic binder such as cement, with the addition of a quantity of water such that the mass has, on the one hand, the binding power essential for making the molds, but that it presents, on the other hand, after, the setting of the binder,
gas permeability which is desirable for the manufacture of castings. Among other advantages, these molding masses offer the one that the. The manufacture of the molds is extremely easy and simple, that it can also take place by the so-called "frameless" molding process, and that the baking of the molds is omitted.
The process finds its main application, in particular, with silicate sand free from clay (for example quartz sand), which by themselves do not lend themselves, without the aid of a particular binder, to the preparation - of molds and mold elements (cores).
The casting of magnesium and magnesium alloys has been taking place in molds for many years. said in green sand, containing protective materials that protect the metal, to;
the temperature -of the casting, against oxidation -and against the reactions resulting from the presence of water (humidity) in the sand of the mold. As protective materials of this kind may be mentioned, for example, materials which, by melting in contact with metal, produce a protective film on the interior walls of the mold, such as, for example, some 're Bines, or more:
materials which, in the mold, in contact with the molten metal, form inert or easily oxidizable gases, such as sulfur for example, certain hydrocarbons and in particular naphthalene, which are, or whose products of The oxidation does not adversely affect the metal, although it may possibly also react with the surface of the metal being solidified, forming thin surface layers which prevent corrosion.
Boric acid and certain ammonium salts, in particular ammonium fluoride, belong to these latter materials. Since the addition of a particular binder to the molding sand is not contemplated, and since the protective materials also do not generally have the properties of a binder, these methods require the use of molding sands: having a sufficient content of clay or of clay-like compounds to ensure sufficient clean plasticity.
The invention relates to a method of manufacturing molds for the. casting of magnesium and magnesium alloys, involving the use of protective materials mixed with the. molding material and preventing any reaction of magnesium on the molding materials.
This process is ca.raeterized in that the molds are formed by means of a mixture of sand, hydraulic binder and water in a proportion such that the mass has, on the one hand, sufficient cohesion to lend to.
the constitution of the molds., but that it presents, on the other hand, after setting of the binder, sufficient permeability to gases and vapors, a mixture in which is incorporated, at least in the part intended to constitute the "model layer" -mussels, sulfur in a finely divided state. As hydraulic binder, cement can be used in particular.
The fact that it is in short possible to pour magnesium and its alloys in molds: of this kind, without there being between the metal and the casting mass a violent reaction accompanied by oxidation (combus tion) very push of the metal, is quite surprising.
It is in fact known that at the usual Turkish temperatures for the casting of magnesium and its alloys (740 to <B> 82O '</B> C), the metal, due to its pronounced tendency to, combine with Oxygen, when in contact with cement, even of very old setting, extracts from it its water of constitution to a considerable depth of layer and oxidizes violently in decomposing this water.
This combustion of the metal leads to considerable elevations of temperature (1 <100 ° C. and more), so that real explosions sometimes occur, as a result of the sudden vaporization, thus caused, of the water of constitution. In fact, as experience has already shown to. Occasionally, when liquid magnesium inadvertently falls onto cement floors, a reaction occurs with the liquid metal being thrown in all directions.
On the other hand, one could also not at all expect that one of the usual protective materials used for the casting of magnesium and magnesium alloys, being mixed with a casting mass consisting of silica sand and cement., would exert its protective action on the metal to be cast, after the setting of this mass.
On the contrary, it was to be expected. that the presence of the protective material completely prevented the setting of the cement, or at least retarded it so much that it would no longer have been possible to envisage any practical use of the process.
And indeed, as tests have shown, a number of protective materials proposed for casting magnesium and magnesium alloys also have a detrimental effect on the setting of cement. -The presence of boric acid (0.25 to 0.5%) completely prevents it, and an addition of mothballs slows down the setting very considerably. Ammonium fluoride <B> (0.25% </B> for example) also causes a noticeable slowing down.
However, contrary to what happens with these materials, it is surprising to find that an addition of sulfur flower (eg up to.
4 and more) has absolutely no influence on the setting speed of the mixture of sand and cement. But, on the other hand, one could count almost surely that, because of its intimate mixture with the cement, the sulfur would be so trapped in the latter, during the setting, that it could not be exerted, during the casting of the cement. metal,
or only to a very limited extent, its typical protective action, which is in; effect directly linked to a volatilization of sulfur through its immediate contact with the liquid metal.
However, tests have led to the surprising finding that it is possible to make molded parts in magnesium and magnesium alloys without any danger, by casting in molding masses consisting essentially of mixtures. , mentioned above, of sand, cement and water with an addition of sulfur flower at least in the part constituting the,;
model layer ". It has also been found that the molded parts obtained according to the invention, not only are equivalent to the parts cast in the usual manner in green sand molds, but that they are even superior to them in terms of concerns certain properties.
In. In particular, they present not only a texture which is healthy in itself, but also a fineness of grain which is not possible to obtain otherwise with the sand casting and which is comparable to that which is obtained with using metal molds (shell casting).
This latter phenomenon is probably explained by the fact that after casting, cooling in the molds according to the invention takes place much more quickly than in. ordinary sand molds, because of the better heat conductivity of the molding material and,
of the more intimate cohesion between its constituent elements, as a result of the bonding of the grains of siliceous sand by the cement. This increase in the fineness of the grain is accompanied, as is known, by a considerable improvement in the mechanical properties.
Another consequence of the increase in the fineness of the grain of the structure is the greater compactness of the castings produced,,
so that the process of the invention is particularly recommendable when it comes to the production of high value castings for applications for which it is important to obtain a particular seal.
The method which is the subject of the invention allows, in many cases, @de eliminate the use of so-called “coolers” parts. In cases where they are otherwise absolutely essential, in; particularly in places where there is a considerable accumulation of material;
it is known that the use of these coolers, as well as their preparatory treatment for casting, are difficult and complicated and very considerably hamper the preparation of the molds.
In addition to the advantages which have just been mentioned, the application: of the process of the invention for the manufacture of molded parts in magnesium and in magnesium alloys also has the other advantages specific to the use of a molding material made up of mixtures of
sand and cement, such as decreased time of molding, increased possibility of employing unskilled labor for molding, removal of mold frames, excellent permeability of molds molds with regard to gas, etc.
In the application of the process of the invention, the same proportions of silica sand, cement and water are preferably used as for the casting of ferrous and copper alloys in molding masses. ,Of this genre;
the proportion of cement can be between about 5% and 15% by weight of the sand, @and the amount @ d% in between 5 and 1.0% by weight of the sand.
The quantity of sulfur to be added to the molding mass may be between 1 and 16% of the weight of sand, depending on the thickness of the castings (to be produced.
As it emerges, from what has been said above, there is no need. to incorporate the sulfur into the whole of the molding mass and it can be limited to incorporating it, to the part of the mixture used to constitute the "model layer". Concurrently with sulfur, it has been found that it can also be advantageous to add ammonium fluoride in an amount varying between 0,
10 and 0; 30% of the weight of the sand, either in powder form or by spraying and spraying a concentrated solution of the salt. Addition of ammonium fluoride can take place during setting. molding mass or towards. end of this take; in fact, the molding mass can be demolded immediately after forming the mold, and is supported, even on vertical faces, without varying in shape, the setting for a few hours after this demolding.
We can also, for example. proceed in both of the above ways, adding more. ammonium fluoride powder to. the unmolded molding mass, then spraying or brushing the interior surface of the mold immediately afterwards with a concentrated solution of ammonium fluoride.
On the other hand, an incorporation of boric acid into the molding mass does not seem to be advantageous. However, in conjunction with the incorporation of sulfur into the molding compound, the inner surface of the mold can also be sprayed and brushed with a concentrated solution of boric acid during or after setting.
It should be noted that the application of protective materials such as ammonium fluoride or boric acid by simple sprinkling of the interior surface. of the mold by means of their solutions, makes it possible to achieve a considerable saving of these materials.
Here is, by way of nonlimiting example, a mixture which has been recognized as suitable for the application of the process of the invention: Siliceous sand, for example quartz sand: 140 parts by weight: cement (cement, artificial Portland of good quality): 12 parts by weight; sulfur (in flower): 4 parts by weight; ammonium fluoride: 0.25 parts by weight: water: 6 parts by weight.
Water can be added to the sand before, during or after mixing with the material bolsters. In some cases, one can also use a siliceous sand already containing. 1-a quantity of water required in the form of natural moisture.