EP0437153A1 - Procédé et dispositif pour la coulée continue de composites à matrice métallique renforcée par des particules d'un matériau céramique réfractaire - Google Patents

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EP0437153A1
EP0437153A1 EP90420579A EP90420579A EP0437153A1 EP 0437153 A1 EP0437153 A1 EP 0437153A1 EP 90420579 A EP90420579 A EP 90420579A EP 90420579 A EP90420579 A EP 90420579A EP 0437153 A1 EP0437153 A1 EP 0437153A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
axis
metal
discs
casting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP90420579A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Luc Meyer
Laurent Jouet-Pastre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pechiney Recherche GIE
Original Assignee
Pechiney Recherche GIE
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Filing date
Publication date
Application filed by Pechiney Recherche GIE filed Critical Pechiney Recherche GIE
Publication of EP0437153A1 publication Critical patent/EP0437153A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous casting of a liquid composite with a metal matrix reinforced by particles of a refractory ceramic material.
  • These refractory ceramic materials consist of non-metallic substances, having a melting temperature higher than that of the matrix in which they are incorporated, and which are unassailable or little attackable by the molten metal of the matrix.
  • These materials can be in the form of long or short fibers or of particles or whiskers of suitable particle size.
  • the invention relates to the manufacture of composites based on particles or whiskers.
  • the invention relates to this second type and in particular to a process for the continuous casting of composites prepared according to a foundry technique.
  • CMM metal matrix composites
  • the object of the invention is to propose a method and a continuous casting equipment suitable for CMM casting, that is to say in which the stirring necessary for suspending the ceramic particles in the liquid matrix continues during the casting of the semi-finished product in the still liquid part of this semi-finished product that specialists call the "swamp".
  • the process of the invention is not limited to the casting of a liquid CMM obtained by the process of French patent application 89-16000; it applies to the pouring of any liquid CMM prepared by any process .
  • the process consists in creating an electromagnetic stirring which ensures mixing movements characterized by the fact that they are located in meridian planes containing the pouring axis. To be able to ensure this stirring in good conditions of suspension and dispersion of the particles, the stirred area must be sufficient. For this, it is necessary to precede the "ingot mold" part as can be encountered conventionally in a continuous casting by an upstream thermally insulated part. , which constitutes a hot zone and which has the effect of increasing the volume of the marsh.
  • FIG. 1 represents an exemplary embodiment of the invention.
  • the device intended for pouring, solidifying and extracting the CMM will be described successively, then the three types of electromagnetic devices intended to ensure the mixing of the metal.
  • FIG. 1 and the description of the casting, solidification and three types of electromagnetic stirring devices relate to a particular embodiment of the invention: that of vertical casting. Similar devices, having the same function are found in another embodiment of the invention: that of the horizontal casting.
  • the already solidified product serves as a mold for the solidification of the metal fed continuously and one arrives at a state of equilibrium shown in FIG. 1: From the ingot mold develops a solidified outer envelope while inside the cast product is established a solidification front 7 having the approximate shape shown in the figure. Below this front, the metal is completely solid above, in what is called the "swamp", there is a mixture of liquid and ceramic particles.
  • the electromagnetic stirring device the combination of which with the casting device constitutes the invention is preferably one of the three described below.
  • the first type consists in passing a single-phase electric current of frequency lower or equal to the industrial frequency within the ingot mold constituted, at least partially by an electrically conductive material.
  • the wall of this ingot mold must then present on all its thickness and along at least one generator an electrical insulating insert on either side of which the current leads are fixed.
  • ingot mold plays the role of a whorl and the current flowing through it generates a magnetic field which develops electromagnetic forces generating the desired movement.
  • the internal wall of this ingot mold must be covered with an insulating film to avoid short circuits by the cast metal.
  • the electromagnetic forces being a function of the current intensity, we will choose for the ingot mold a metal good conductor of the current. This can be, for example copper or aluminum or their alloys for the casting of aluminum.
  • the insulating film may consist of an oxide layer obtained by anodization in the case of aluminum, an enamel, or a fluocarbon resin.
  • the thickness of this film depends on the tension of the wall of the ingot mold compared to the cast metal. An oxide thickness of 1 micrometer is suitable for a voltage of 100 volts.
  • this ring can be divided into at least two sectors to avoid any Joule effect in an area which one wishes to cool and a reduction in energy which would limit movements metal.
  • the second type of brewing device ( Figure 1) consists in placing at the outside of the ingot mold at least one metal coil 9 of axis substantially parallel to the axis of the mold in which a single-phase current of frequency less than or equal to the industrial frequency is passed.
  • This coil, electrically insulated of the wall of the mold creates a magnetic field parallel to the axis of the mold which develops electromagnetic forces causing the stirring according to arrows 10 and 11.
  • This stirring is more or less ample depending on the intensity of the current in the coil and according to other factors such as the composition and the structure of the ingot mold.
  • composition it is preferable to use a material having a resistivity greater than 5 microohm.cm, for example a non-magnetic stainless steel, titanium, or a ceramic with sufficient thermal conductivity, or a composite material such as stainless steel coated with a thin layer of aluminum.
  • a material having a resistivity greater than 5 microohm.cm for example a non-magnetic stainless steel, titanium, or a ceramic with sufficient thermal conductivity, or a composite material such as stainless steel coated with a thin layer of aluminum.
  • i concerns the structure, it is possible, in order to reduce the intensity necessary for stirring, to divide the mold according to its generators in at least two sectors separated from each other by an electrical insulator such as mica, these sectors being joined together by stainless steel pins and insulating dowels. All these types of ingot molds can also be lined on their internal wall in the vicinity of the hot zone with a coaxial graphite ring preferably shared along its generators in at least two sections, this in order to improve the efficiency of the electric
  • the turns surrounding the ingot mold are designed and mounted so as to adapt to any form of ingot mold and to optimize the current-force output and the distribution of forces in the metal in order to distribute the stirring over the entire section and the height of the mold and obtain the greatest possible homogeneity of the particles within the liquid metal.
  • This is how the turns can be moved parallel to the axis of the mold or be formed by an assembly of removable elements capable of circumscribe molds of any section equidistantly, or at different distances.These assemblies are perfectly suited for rectangular sections.
  • the cold zone can be surrounded by magnetic yoke elements formed from metal sheets isolated from one another and situated in planes passing through the axis of the mold.
  • the hot zone or at least its part closest to the cold zone can be surrounded by a sheath in which circulates a gas under pressure and chemically inert vis-à-vis the cast metal; it is then found that the cast product has a better surface condition.
  • the third type of mixing device consists of one or more inductors supplied with polyphase current surrounding the entire casting device, hot zone and cold zone.
  • any type of current with n phases can be used; in practice we will obviously use the three-phase current: this is what is illustrated in figure 2.
  • six successive windings: A, B, C, D, E, F have been represented from top to bottom of the figure These windings are placed in planes perpendicular to the casting axis. They are supplied in a similar way to that of the supply of linear induction motors respectively by phases 1, -2, 3, -1, 2. , -3 so as to create an ascending, descending or periodically ascending then descending vertical sliding field, in the order in which the three phases are supplied.
  • the chamber consists of an inner wall, cylindrical or prismatic, depending on the shape of the cast product, preferably in insulating or weakly conductive material of the electricity, but in any case non-magnetic 16 and an external wall, also with cylindrical or prismatic internal surface, which may consist of a magnetic yoke 12.
  • the water chamber is closed at its upper and lower parts by two pieces 18 and 19 joined together by a threaded tie rod 20 whose role is also to ensure the tightening of the discs forming the winding by means of two nuts 21 and 22. Its central part, in contact with the copper discs is insulated. A water inlet 23 and an outlet 24 are arranged respectively at the bottom and at the top of the chamber. The stacks of copper discs 13 and of insulator 15 are arranged inside the chamber. The copper discs and d insulation are drilled with holes, judiciously distributed to constitute the cooling conduits 25 and allow the passage of the tie rods.
  • the ingot mold is cooled by a water chamber, we can take advantage of this solution by placing the coils directly in this chamber ( Figure 6)
  • the internal wall of the chamber is in this case the ingot mold itself 26 which is coated upstream (hot part) with a thermally insulating material 27 and downstream (cold part) with a graphite ring 28. solid part 29 of the product during casting delimited by the front 30.
  • the water which arrives at 31 serves not only to cool the windings 32 by means of the holes 33, and the ingot mold by passing through the gap 34, but also to form the blade of water 35 which trickles over the product 36.
  • a valve 37 located on the output circuit 38 of the winding cooling makes it possible to control the respective quantities circulating in each of the passages.
  • the rest of the technology is similar to what has been described for figure 5.
  • the billet obtained exhibited, with the exception of the extreme periphery, which is conventional in continuous casting of aluminum alloy, a homogeneous structure with good dispersion of the particles within the matrix, whereas '' in the absence of electromagnetic stirring according to the invention described, wide ranges of matrix without particles, these ranges up to 200 micrometers, have been observed.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de coulée continue destiné à la mise en forme de composites à matrice métallique renforcée par des particules de matériau céramique réfractaire; Elle consiste à couler le métal liquide contenant les particules céramique dans un moule obturé par un fond mobile et constitué d'une zone amont chaude (1) réalisée en matériau isolant et d'une zone aval refroidie (3) dans laquelle le composite se solidifie, tout en pratiquant à l'intérieur de ce moule un brassage électromagnétique assurant des mouvements de mélange dans des plans contenant l'axe de coulée. Cette invention s'applique en particulier à l'obtention de plaques et de billettes en composite à base d'alliage d'aluminium renforcé par des particules de carbure de silicium. <IMAGE>

Description

    Domaine de l'invention.
  • L'invention concerne un procédé de coulée en continu d'un composite liquide à matrice métallique renforcée par des particules d'un matériau céramique réfractaire.
  • Ces matériaux céramiques réfractaires sont constitués par des substances non métalliques, ayant une température de fusion supérieure à celle de la matrice à laquelle ils sont incorporés,et qui sont inattaquables ou peu attaquables par le métal en fusion de la matrice.
  • Ce sont,par exemple, du graphite, des carbures,oxydes, nitrures,borures de métaux ou de certains métalloïdes,mais aussi des composés tels que silicates, aluminosilicates etc...
  • Ces matériaux peuvent avoir la forme de fibres longues ou courtes ou encore de particules ou de whiskers de granulométrie convenable.L'invention s'adresse à la fabrication de composites à base de particules ou de whiskers.
  • La fabrication de ces composites à matrice métallique particulaires peut se faire par deux types de procédés:
    • des procédés ressortissant de la métallurgie des poudres dans lesquels le métal mélangé aux particules est mis en forme,fritté,puis éventuellement filé ou forgé.
    • des procédés ressortissant des techniques de fonderie dans lesquels les particules sont mélangées au métal en fusion.
  • L'invention s'adresse à ce deuxième type et en particulier à un procédé de coulée continue de composites préparés suivant une technique de fonderie.
    Le principal problème rencontré dans les procédés d'élaboration de composites à matrice métallique ( qui seront désignés dans ce qui suit par CMM ) est celui du mouillage des particules céramiques par le métal,mouillage qui conditionne la compacité des CMM et leur homogénéité c'est-à-dire finalement leurs caractéristiques d'usage.
  • De nombreuses méthodes ont été proposées pour résoudre ce problème.
    Une de ces méthodes a fait l'objet de la demande de brevet français n° 89-16000 déposée le 27 novembre 1989 par la demanderesse.Cette demande concerne un procédé de fabrication en continu d'un CMM renforcé par des particules d'un matériau céramique caractérisé en ce que:
    • on met en oeuvre dans une poche de coulée une masse déterminée d'une dispersion homogène de particules dans un bain de métal liquide,cette dispersion,qualifiée d'initiale,ayant la composition du composite à fabriquer et étant soumise à un brassage.
    • on alimente en continu et avec un débit déterminé,un ou plusieurs postes de coulée à partir de la poche dont on maintient le niveau constant par addition simultanée des particules à l'état solide et du métal à l'état liquide dans une proportion correspondant à celle du CMM à fabriquer,tout en maintenant le brassage.
    Exposé de l'invention
  • Le caractère continu de l'élaboration du CMM exposée ci-dessus se prête particulièrement bien à la coulée continue. On peut ainsi réaliser une ligne de fabrication continue intégrant l'élaboration du CMM et sa coulée en demi-produits.
  • L'objet de l'invention est de proposer un procédé et un appareillage de coulée continue adaptés à la coulée de CMM,c'est-à-dire dans lesquels le brassage nécessaire à la mise en suspension des particules de céramique dans la matrice liquide se poursuit pendant la coulée du demi-produit dans la partie encore liquide de ce demi-produit que les spécialistes appellent le "marais".
  • Cependant le procédé de l'invention n'est pas limité à la coulée d'un CMM liquide obtenu par le procédé de la demande de brevet français 89-16000;il s'applique à la coulée de tout CMM liquide préparé par un procédé quelconque.
  • Le procédé consiste à créer un brassage d'origine électromagnétique qui assure des mouvements de mélange caractérisés par le fait qu'ils sont situés dans des plans méridiens contenant l'axe de coulée.Pour pouvoir assurer ce brassage dans de bonnes conditions de mise en suspension et de dispersion des particules,il faut que la zône brassée soit suffisante.Pour cela,il est nécessaire de faire précéder la partie "lingotière" telle que l'on peut la rencontrer de manière classique dans une coulée continue par une partie amont isolée thermiquement,qui constitue une zône chaude et qui a pour effet d'accroître le volume du marais.
    • Description de l'invention.
  • La figure 1 représente un exemple de réalisation de l'invention.
    On décrira successivement le dispositif destiné à la coulée,à la solidification et à l'extraction du CMM puis les trois types de dispositifs électromagnétiques destinés à assurer le brassage du métal.
  • La figure 1 et la description des dispositifs de coulée,de solidification et des trois types de brassage électromagnétique sont relatifs à un mode particulier de réalisation de l'invention:celui de la coulée verticale.Des dispositifs analogues,ayant la même fonction se retrouvent dans un autre mode de réalisation de l'invention:celui de la coulée horizontale.
  • Le dispositif de coulée,solidification et extraction est proche de celui utilisé pour la coulée continue en charge (ou avec rehausse) des métaux et en particulier de l'aluminium.Il comprend:
    • a) une partie chaude réalisée en matériau isolant thermique 1 qui renferme le métal liquide 2.Le matériau isolant est du type utilisé couramment en fonderie pour la confection de goulottes et de busettes.
    • b) une partie froide reliée à la partie chaude de manière étanche au métal liquide.Cette partie froide comprend comme élément essentiel une lingotière 3 en métal conducteur de la chaleur refroidie extérieurement.Ce refroidissement peut être assuré par un film de fluide de refroidissement ,généralement de l'eau, 5 provenant d'une boite à eau 6,tel que représenté sur la figure 1.Il peut aussi être assuré directement par une chambre d'eau accolée de manière connue à la lingotière.Dans ce dernier cas,on formera de préférence des jets ou une lame d'eau au bas de l'ensemble chambre d'eau-lingotière qui viendront assurer par ruissellement le refroidissement direct du produit en cours de coulée..Cette lingotière peut être munie,à sa partie supérieure d'un anneau de graphite 4 jouant un rôle de lubrifiant vis-à-vis du métal coulé,en complément d'un agent de lubrification dont il s'avère parfois nécessaire de revêtir la paroi interne de la partie aval pour faciliter la coulée de certains métaux.Suivant une technique de l'art antérieur,il est aussi possible d'amener en continu par la lingotière un agent de lubrification qui traverse l'anneau de graphite et assure ainsi une lubrification en continu.Toujours dans la perspective de lubrifier en continu,on peut,au lieu d'utiliser un anneau de graphite,insérer dans la lingotière des crayons de graphite qui débouchent sur la face interne de la lingotière et sont connectés à leur autre extrêmité à une chambre où le lubrifiant est mis sous pression.
    • c) le système d'extraction constitué d'un fond obturant la partie inférieure de la lingotière au démarrage,porté dans le cas d'une coulée verticale, par un plateau animé d'un mouvement régulier vertical et vers le bas,réglable selon les alliages et le format des produits coulés.Dans le cas de la coulée horizontale,ce système est porté soit par un tapis motorisé,soit par une table à rouleaux dont l'un est motorisé,un rouleau presseur venant garantir l'entrainement.
  • Après le démarrage,le produit déjà solidifié sert de moule pour la solidification du métal alimenté en continu et l'on arrive à un état d'équilibre représenté sur la figure 1:
    A partir de la lingotière se développe une enveloppe extérieure solidifiée tandis qu'à l'intérieur du produit coulé s'établit un front de solidification 7 ayant la forme approximative représentée sur la figure.Au-dessous de ce front,le métal est complètement solide;au-dessus,dans ce que l'on appelle le "marais",il y a un mélange de liquide et de particules céramiques.
  • C'est en vue d'assurer une meilleure homogénéité de la distribution des particules au sein du métal liquide qu'un brassage électromagnétique,provoquant des mouvements dans le marais suivant des plans méridiens,est adjoint.
  • Le dispositif électromagnétique de brassage dont la combinaison avec le dispositif de coulée constitue l'invention est préférentiellement l'un des trois décrits ci-après.
  • Le premier type consiste à faire passer un courant électrique monophasé de fréquence inférieure ou égale à la fréquence industrielle au sein de la lingotière constituée,au moins partiellement par un matériau conducteur de l'électricité.La paroi de cette lingotière doit alors présenter sur toute son épaisseur et suivant au moins une génératrice un insert isolant électrique de part et d'autre duquel sont fixés les amenées de courant.Ainsi cette lingotière joue le rôle d'une spire et le courant qui la traverse génère un champ magnétique qui développe des forces électromagnétiques engendrant le mouvement souhaité.La paroi interne de cette lingotière doit être recouverte d'un film isolant pour éviter les courts-circuits par le métal coulé. Les forces électromagnétiques étant fonction de l'intensité de courant,on choisira pour la confection de la lingotière un métal bon conducteur du courant.Ce peut être,par exemple le cuivre ou l'aluminium ou leurs alliages pour la coulée d'aluminium.
  • On peut aussi utiliser des assemblages de différents matériaux dans lesquels la portion la plus proche de la partie amont est faite sinon en matériau isolant du moins avec un matériau moins bon conducteur de l'électricité tel un acier inoxydable.Dans ce cas, le mouvement du liquide est amplifié.
  • Le film isolant peut être constitué d'une couche d'oxyde obtenue par anodisation dans le cas de l'aluminium,d'un émail,ou d'une résine fluocarbonée.L'épaisseur de ce film dépend de la tension de la paroi de la lingotière par rapport au métal coulé.Une épaisseur d'oxyde de 1 micromètre convient pour une tension de 100 volts.
  • Dans le cas où la lingotière est munie d'une bague en graphite,cette bague peut être partagée en au moins deux secteurs pour éviter tout effet Joule dans une zône que l'on souhaite refroidir et une réduction de l'énergie qui limiterait les mouvements du métal.
  • En particulier,on peut utiliser une bague présentant un insert placé en regard de l'insert de la lingotière ;dans ce cas,on évite également l'effet Joule et on peut alors fretter directement la bague sur la paroi interne de la lingotière sans avoir besoin d'un film isolant intermédiaire.
  • Le deuxième type de dispositif de brassage (figure 1) consiste à placer à l'extérieur de la lingotière au moins une spire métallique 9 d'axe sensiblement parallèle à l'axe du moule dans laquelle on fait passer un courant monophasé de fréquence inférieure ou égale à la fréquence industrielle.Cette spire,isolée électriquement de la paroi de la lingotière crée un champ magnétique parallèle à l'axe du moule qui développe des forces électromagnétiques engendrant le brassage selon les flèches 10 et 11.Ce brassage est plus ou moins ample en fonction de l'intensité du courant dans la spire et selon d'autres facteurs tels que la composition et la structure de la lingotière.En ce qui concerne la composition,il est préférable d'utiliser un matériau ayant une résistivité supérieure à 5 microohm.cm,par exemple un acier inoxydable amagnétique,du titane,ou une céramique ayant une conductibilité thermique suffisante,ou encore un matériau composite tel un acier inoxydable revêtu d'une mince couche d'aluminium.En ce qui concerne la structure,on peut,afin de réduire l'intensité nécessaire au brassage,partager la lingotière suivant ses génératrices en au moins deux secteurs séparés les uns des autres par un isolant électrique tel le mica,ces secteurs étant assemblés entre eux par des goupilles en acier inox et des chevilles isolantes.
    Tous ces types de lingotières peuvent également être garnies sur leur paroi interne au voisinage de la zône chaude d'une bague en graphite coaxiale partagée de préférence suivant ses génératrices en au moins deux sections,cela en vue d'améliorer l'efficacité du courant électrique pour le brassage.
  • Les spires qui entourent la lingotière sont conçues et montées de manière à s'adapter à n'importe quelle forme de lingotière et à optimiser le rendement courant-force et la distribution des forces dans le métal afin de répartir le brassage sur toute la section et la hauteur du moule et obtenir la plus grande homogénéité possible des particules au sein du métal liquide.C'est ainsi que les spires peuvent être déplacées parallèlement à l'axe du moule ou être formées par un assemblage d'éléments démontables capables de circonscrire des moules de toute section de façon équidistante,ou à des distances différentes.Ces assemblages conviennent parfaitement aux sections rectangulaires.
  • Il est encore possible,selon l'invention,d'améliorer l'efficacité du brassage par adjonction autour de la zône chaude d'une ou plusieurs spires parcourues par un courant électrique et alimentées en série ou en parallèle avec celles de la zône froide ou par un générateur de courant d'intensité,de fréquence et/ou de phase différentes de celles du courant alimentant les spires de la zône froide.
  • En vue de canaliser le champ magnétique créé par la ou les spires,la zône froide peut être entourée d'éléments de culasse magnétique formés de feuilles métalliques isolées les unes des autres et situées dans des plans passant par l'axe du moule.
  • La zône chaude ou au moins sa partie la plus voisine de la zône froide peut être entourée d'une gaine dans laquelle circule un gaz sous presion et inerte chimquement vis-à-vis du métal coulé;on constate alors que le produit coulé présente un meilleur état de surface.
  • Le troisième type de dispositif de brassage se compose de un ou plusieurs inducteurs alimentés en courant polyphasé entourant l'ensemble du dispositif de coulée,zône chaude et zône froide.En principe,on peut utiliser n'importe quel type de courant à n phases;en pratique on utilisera évidemment le courant triphasé:c'est ce qui est illustré sur la figure 2. Sur cette figure,six bobinages successifs: A, B, C, D, E, F ont été représentés de haut en bas de la figure.Ces bobinages sont placés dans des plans perpendiculaires à l'axe de coulée.Ils sont alimentés d'une façon analogue à celle de l'alimentation des moteurs linéaires à induction respectivement par les phases 1 ,-2 ,3 ,-1 ,2 ,-3 de manière à créer un champ glissant vertical ascendant,descendant ou périodiquement ascendant puis descendant,suivant l'ordre dans lequel sont alimentées les trois phases.De manière classique,on utilise généralement une longueur de bobinage qui soit un multiple du pas polaire,le pas polaire étant la longueur des trois bobinages de la séquence élémentaire 1,-2,3.Cela signifie en pratique qu'on utilisera 6, 9, 12, 15....bobinages mais rien n'interdit en théorie de couper une séquence au milieu.De plus, des moyens sont connus de l'homme de l'art en électrotechnique consistant à utiliser des bobinages particuliers aux extremités en vue d'éliminer les effets de bord dans les moteurs linéaires.L'interaction de ce champ glissant avec les courants induits dans le métal engendre des forces qui générent des mouvements dans des plans passant par l'axe de la lingotière et donc du produit coulé.Ces mouvements sont représentés schématiquement sur la figure 2 par les flèches 10 et 11.
  • Il est clair que ces mouvements permettent l'entrainement des particules céramiques noyées dans le métal encore liquide vers la partie supérieure plus chaude du marais ce qui assure une bonne homogénéisation des particules céramiques.
  • Les inducteurs triphasés A à F décrits ci-dessus peuvent être réalisés de deux façons:
    • 1°) de façon classique avec des bobinages sous forme de galettes en fil de cuivre ou en tube de cuivre refroidi,les différentes galettes étant superposées et de préférence placées dans les encoches d'une culasse magnétique feuilletée 12 destinée à canaliser les lignes de force du champ magnétique.(figure 3 ).Les feuilles métalliques,isolées électriquement les unes des autres,sont situées dans des plans passant par l'axe du moule.Dans le cas où une chambre est accolée à la lingotière pour assurer le refroidissement de celle-ci,on peut placer les bobinages à l'intérieur de cette chambre.Ils sont alors efficacement refroidis.
    • 2°) selon l'invention telle que représentée sur la figure 4:
      Le bobinage est constitué de disques minces d'épaisseur de l'ordre du mm en métal bon conducteur,du cuivre par exemple.Chaque disque 13 en forme d'anneau et muni d'une fente 14 constitue une spire du bobinage(figure 4a).Pour constituer le bobinage,on empile les disques en décalant deux disques successifs d'un angle donné.Une feuille d'isolant 15 est interposée entre deux disques de cuivre successifs sauf dans la zône entre les fentes de ces deux disques successifs.Il y a donc dans cette zône une plage de contact assurant la liaison électrique entre deux disques successifs et la continuité du bobinage.(figure 4b).
  • Pour assurer le refroidissement des disques de cuivre,on a imaginé deux solutions selon le mode de refroidissement de la lingotière.
    Dans le cas de refroidissement de la lingotière par film d'eau, on place les bobinages selon l'invention décrite ci-dessus dans une chambre d'eau annulaire entourant les parties amont et aval et laissant le passage pour le film d'eau au niveau de la lingotière.Une demi-coupe de cette chambre est représentée sur la figure 5: La chambre est constituée d'une paroi intérieure,cylindrique ou prismatique,selon la forme du produit coulé,en matière de préférence isolante ou faiblement conductrice de l'électricité,mais en tout cas amagnétique 16 et d'une paroi extérieure,à surface interne également cylindrique ou prismatique,qui peut être constituée d'une culasse magnétique 12.
    La chambre d'eau est fermée à ses parties supérieure et inférieure par deux pièces 18 et 19 réunies entre elles par un tirant fileté 20 dont le rôle est d'assurer également le serrage des disques formant le bobinage grâce à deux écrous 21 et 22.Sa partie centrale,au contact avec les disques de cuivre est isolée.
    Une arrivée d'eau 23 et une sortie 24 sont disposées respectivement en bas et en haut de la chambre.Les empilages de disques de cuivre 13 et d'isolant l5 sont disposés à l'intérieur de la chambre.Les disques de cuivre et d'isolant sont percés de trous,judicieusement répartis pour constituer les conduits de refroidissement 25 et permettre le passage des tirants.
  • Dans le cas où le refroidissement de la lingotière est assuré par une chambre d'eau,on peut tirer profit de cette solution en plaçant les bobinages directement dans cette chambre.( Figure 6 )
    La paroi interne de la chambre est dans ce cas la lingotière elle-même 26 qui est revêtue en amont (Partie chaude ) d'un matériau isolant thermiquement 27 et en aval (Partie froide) d'un anneau en graphite 28.On retrouve la partie solide 29 du produit en cours de coulée délimitée par le front 30.L'eau qui arrive en 31 sert non seulement à refroidir les bobinages 32 par l'intermédiaire des perçages 33,et la lingotière par passage dans l'interstice 34, mais aussi à former la lame d'eau 35 qui ruisselle sur le produit 36.Une vanne 37 située sur le circuit de sortie 38 du refroidissement du bobinage permet de contrôler les quantités respectives circulant dans chacun des passages.Le reste de la technologie est similaire à ce qui a été décrit pour la figure 5.
    • Exemple
  • Une billette de diamètre 75 mm en alliage AS₇G₀,6 contenant 15% en volume de particules de SiC de 10 micromètres environ a été coulée selon le procédé décrit ci-dessus:
    • la lingotière était surmontée d'une zône chaude réalisée d'un anneau en matériau isolant MONALITE de hauteur 70 mm.
    • la lingotière était entourée d'une spire alimentée sous une tension de 6,3 volts.
    • la vitesse de coulée était de 200 mm/minute.
  • Dans ces conditions,la billette obtenue présentait,à l'exception de l'extrême périphérie,ce qui est classique en coulée continue d'alliage d'aluminium,une structure homogène avec une bonne dispersion des particules au sein de la matrice,alors qu'en l'absence de brassage électromagnétique selon l'invention décrite,de larges plages de matrice sans particules,ces plages pouvant atteindre 200 micromètres,ont été observées.
  • Un lopin de cette billette a été écrouté puis filé pour former de la barre de diamètre 20 mm.Dans cette barre ont été tirées des éprouvettes pour essais mécaniques qui,après trempe et revenu(état T6) ont donné les résultats suivants:
    Module d'élasticité: 97 GPa
    Limite d'élasticité à 0,2 % d'allongement: 312 MPa
    Charge de rupture: 374 MPa
    Allongement à la rupture: 6 %

Claims (33)

  1. Procédé de fabrication par coulée continue de demi-produits en composite à matrice métallique renforcée par des particules de matériau céramique réfractaire dans lequel on verse le métal liquide contenant les particules céramiques dans un moule obturé à sa partie aval par un fond mobile et constitué de deux parties de même axe :

    une partie amont dite zône chaude (1)dont la paroi est réalisée en matériau isolant thermique au moins sur sa face interne,
    une partie aval,la lingotière (3) dont la paroi,réalisée en matériau conducteur thermique est refroidie par un fluide de refroidissement (5) de façon à provoquer à son contact la formation d'une croûte solide et d'un front de solidification (7) permettant l'extraction progressive du produit composite à l'aide du fond mobile,
    caractérisé en ce que:
    l'on applique à toute la zône située en amont du front de solidification et qui contient le mélange de métal liquide et de particules un brassage électromagnétique assurant des mouvements de mélange situés dans des plans méridiens contenant l'axe de la coulée.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matrice métallique est un alliage d'aluminium.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la coulée continue se fait verticalement.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la coulée continue se fait horizontalement.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le composite métallique liquide que l'on verse dans le moule de coulée continue provient d'une poche de coulée alimentée de façon simultanée et continue en métal liquide et en particules céramiques solides en proportion déterminée, et dans laquelle on pratique un brassage énergique.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le mouvement est obtenu par passage d'un courant électrique monophasé de fréquence inférieure ou égale à la fréquence industrielle dans la lingotière dont la paroi présente sur toute son épaisseur et suivant au moins une génératrice un insert en matériau isolant de l'électricité de part et d'autre duquel sont fixées des amenées de courant,la lingotière étant revêtue intérieurement d'un film isolant de l'électricité.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le mouvement est obtenu au moyen d'au moins une spire métallique placée à l'extérieur de la lingotière dont l'axe est sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et parcourue par un courant monophasé de fréquence inférieure ou égale à la fréquence industrielle.
  8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on déplace la ou les spires parallèlement à l'axe du moule.
  9. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on règle la distance de la ou des spires par rapport à la paroi externe de la lingotière.
  10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le brassage électromagnétique est obtenu par une série d'inducteurs constitués de bobinages annulaires ayant pour axe l'axe du moule,disposés autour des zônes chaude et froide du moule et alimentés en courant polyphasé avec un ordre des phases tel que s'établisse à l'intérieur du moule un champ glissant parallèle à l'axe du moule se déplaçant dans un sens ou dans l'autre ou alternativement dans un sens puis dans l'autre,engendrant des forces électromagnétiques qui entrainent le composite liquide dans des mouvements dans des plans méridiens passant par l'axe du moule et assurant ainsi une répartition homogène des particules au sein du métal liquide.
  11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que l'on injecte un gaz sous pression au niveau de la zône froide.
  12. Dispositif pour la coulée continue de produits composites à matrice métallique comportant un moule obturé à sa partie aval par un fond mobile et constitué de deux parties de même axe :
    une partie amont,dite zône chaude (1)dont la paroi est réalisée en matériau isolant thermique au moins sur sa face interne
    une partie aval,dite zône froide (3) dont la paroi, réalisée en matériau conducteur thermique est refroidie par un fluide de refroidissement (5),un système de déplacement du fond mobile permettant l'extraction progressive du produit caractérisé en ce que sont disposés autour des zônes chaude et froide du moule des moyens de brassage électromagnétique assurant des mouvements de mélange situés dans des plans méridiens contenant l'axe de coulée.
  13. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que le moyen de brassage est constitué par la lingotière elle-même,dont la paroi présente sur toute son épaisseur et suivant au moins une génératrice un insert en matériau isolant de l'électricité de part et d'autre duquel sont fixées des amenées de courant,ladite partie étant revêtue intérieurement d'un film isolant de l'électricité.
  14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la paroi interne de la lingotière est recouverte sur toute sa périphérie et au moins au voisinage de la zône chaude d'une bague en graphite de même axe que lesdites zônes.
  15. Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que la bague en graphite est partagée suivant ses génératrices en au moins deux secteurs.
  16. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que le moyen de brassage est constitué d'au moins une spire métallique placée à l'extérieur de la lingotière dont l'axe est sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière.
  17. Dispositif selon la revendication 16 caractérisé en ce que la lingotière est constituée par un matériau ayant une résistivité supérieure à 5 microohm.cm.
  18. Dispositif selon la revendication 16 caractérisé en ce que la lingotière est partagée suivant ses génératrices en au moins deux secteurs séparés par un isolant électrique.
  19. Dispositif selon la revendication 16 caractérisé en ce que la lingotière est constituée par l'assemblage de différents matériaux.
  20. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 19 caractérisé en ce que la zône chaude renferme au moins une spire métallique alimentée en courant électrique;
  21. Dispositif selon la revendication 20 caractérisé en ce que la spire est reliée à l'alimentation électrique de la zône froide.
  22. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que le moyen de brassage est constitué par une série d'inducteurs constitués de bobinages annulaires ayant pour axe l'axe du moule,disposés autour des zônes chaude et froide du moule et alimentés en courant polyphasé avec un ordre des phases tel que s'établisse à l'intérieur du moule un champ glissant parallèle à l'axe du moule se déplaçant alternativement dans un sens puis dans l'autre,engendrant des forces électromagnétiques situées dans des plans méridiens passant par l'axe du moule.
  23. Dispositif selon la revendication 22 caractérisé en ce que les bobinages sont alimentés en courant triphasé.
  24. Dispositif selon l'une des revendications 22 et 23 caractérisé en ce que la longueur totale des bobinages est un multiple du pas polaire.
  25. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 24 caractérisé en ce que le système de refroidissement de la partie aval est constitué d'un film provenant d'une boite à eau.
  26. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 24 caractérisé en ce que le système de refroidissement de la partie aval est constitué par une chambre d'eau accolée à la lingotière et formant à sa base des jets ou une lame d'eau venant ruisseler sur le produit coulé.
  27. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 24 caractérisé en ce que les bobinages sont réalisés sous forme de galettes superposées en fil de cuivre ou en tube de cuivre refroidi.
  28. Dispositif selon la revendication 27 caractérisé en ce que les galettes sont placées dans les encoches d'une culasse magnétique feuilletée formée de feuilles métalliques isolées les unes des autres et situées dans des plans passant par l'axe du moule.
  29. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 24 caractérisé en ce que les bobinages sont constitués de disques métalliques annulaires minces,de préférence en cuivre,chacun d'eux étant muni d'une fente radiale,ces disques étant empilés avec à chaque disque successif un décalage d'un angle donné de la fente et avec interposition entre deux disques voisins d'une feuille d'isolant sauf dans la zône entre les fentes de deux disques voisins de façon à créer une plage de contact entre ces deux disques et assurer ainsi la continuité du bobinage.
  30. Dispositif selon la revendication 29 caractérisé en ce que les bobinages ainsi constitués sont placés à l'intérieur d'une chambre parcourue par une circulation d'eau,de forme annulaire entourant le moule de coulée,dont la paroi cylindrique intérieure est un isolant électrique,munie de moyens de serrage de l'empilement de disques de cuivre et de feuilles d'isolant et en ce que ces disques de cuivre et d'isolant sont percés de trous alignés parmettant la circulation de l'eau de refroidissement.
  31. Dispositif selon la revendication 30 caractérisé en ce que la paroi cylindrique extérieure de la chambre est constituée d'une culasse magnétique formée de feuilles métalliques isolées les unes des autres et situées dans des plans passant par l'axe du moule.
  32. Dispositif selon les revendications 26 et 27 caractérisé en ce que pour assurer leur refroidissement les bobinages sont placés à l'intérieur de la chambre d'eau accolée à la lingotière.
  33. Dispositif selon l'une des revendications 29 à 31 caractérisé en ce que la chambre destinée au refroidissement des empilements de disques de cuivre et d'isolant est constituée par la chambre d'eau destinée au refroidissement du produit coulé,dont la paroi interne est la lingotière elle-même revêtue en amont d'un matériau isolant thermique.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6253831B1 (en) * 1997-04-28 2001-07-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Casting process for producing metal matrix composite
US20120060648A1 (en) * 2009-05-25 2012-03-15 Jiangsu University Method for producing multiphase particle-reinforced metal matrix composites
WO2015113502A1 (fr) * 2014-01-28 2015-08-06 中广核工程有限公司 Procédé de production d'une feuille de matériau absorbant neutronique b 4c/al par laminage en coulée continue
CN109014098A (zh) * 2018-08-29 2018-12-18 昆明理工大学 一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料的连铸成形装置及方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1016550A3 (fr) * 2005-03-16 2007-01-09 Ct Rech Metallurgiques Asbl Procede pour couler en continu un metal a resistance mecanique amelioree et produit obtenu par le procede.
CN110252975B (zh) * 2019-08-01 2022-01-07 上海大学 复合时变磁场的电磁搅拌生成装置、方法及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2013542A (en) * 1978-02-01 1979-08-15 Concast Ag A Continuous Casting of Steel in a Mould With Electromagnetic Stirring
US4200137A (en) * 1975-04-22 1980-04-29 Republic Steel Corporation Process and apparatus for the continuous casting of metal using electromagnetic stirring
EP0069270A1 (fr) * 1981-07-02 1983-01-12 Alumax Inc. Procédé et appareil pour la fabrication d'une masse métallique semi-solide thixotrope
EP0086637A1 (fr) * 1982-02-12 1983-08-24 British Steel Corporation Traitement d'un matériel fondu, notamment de l'acier
US4473103A (en) * 1982-01-29 1984-09-25 International Telephone And Telegraph Corporation Continuous production of metal alloy composites
WO1989012515A1 (fr) * 1988-06-16 1989-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Procede et appareil de coulee continue de materiaux composites

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4200137A (en) * 1975-04-22 1980-04-29 Republic Steel Corporation Process and apparatus for the continuous casting of metal using electromagnetic stirring
GB2013542A (en) * 1978-02-01 1979-08-15 Concast Ag A Continuous Casting of Steel in a Mould With Electromagnetic Stirring
EP0069270A1 (fr) * 1981-07-02 1983-01-12 Alumax Inc. Procédé et appareil pour la fabrication d'une masse métallique semi-solide thixotrope
US4473103A (en) * 1982-01-29 1984-09-25 International Telephone And Telegraph Corporation Continuous production of metal alloy composites
EP0086637A1 (fr) * 1982-02-12 1983-08-24 British Steel Corporation Traitement d'un matériel fondu, notamment de l'acier
WO1989012515A1 (fr) * 1988-06-16 1989-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Procede et appareil de coulee continue de materiaux composites

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6253831B1 (en) * 1997-04-28 2001-07-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Casting process for producing metal matrix composite
US20120060648A1 (en) * 2009-05-25 2012-03-15 Jiangsu University Method for producing multiphase particle-reinforced metal matrix composites
WO2015113502A1 (fr) * 2014-01-28 2015-08-06 中广核工程有限公司 Procédé de production d'une feuille de matériau absorbant neutronique b 4c/al par laminage en coulée continue
CN109014098A (zh) * 2018-08-29 2018-12-18 昆明理工大学 一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料的连铸成形装置及方法
CN109014098B (zh) * 2018-08-29 2020-11-17 昆明理工大学 一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料的连铸成形装置及方法

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CA2033232A1 (fr) 1991-07-05
NO910020L (no) 1991-07-05
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