FR2534167A1 - Method for foundry manufacture of castings made from oxidisable metal alloys - Google Patents
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Abstract
Description
La presente invention est relative à la fabrication en fonderie de pièces moulees en alliages métalliques oxydables à l'état liquide, alliages ayant une température de couve élevee superieure à 1400 C, et plus particulierement à la fabrication de pièces moulées de formes plus ou moins compliquees, de faibles ou de fortes epaisseurs, destinees à être utilisées sous contraintes thermiques elevées. I1 s'agit notamment de pièces en superalliages contenant moins de 20 % de fer et de pièces en alliages réfractaires ou aciers fortement allies contenant plus de 20 % de fer. Les superalliages sont des alliages au chrome.Ce sont des alliages à base de nickel ou bien à base de cobalt ou à base d'une combinaison de ces métaux avec le fer comme le fernickel-chrome, le fer-nickel-chrome-cobalt. The present invention relates to the foundry manufacture of molded parts made of oxidizable metallic alloys in the liquid state, alloys having a high incubation temperature above 1400 ° C., and more particularly to the manufacture of molded parts of more or less complicated shapes. , low or high thicknesses, intended to be used under high thermal stresses. These include parts made of superalloys containing less than 20% iron and parts made of refractory alloys or highly alloyed steels containing more than 20% iron. Superalloys are chromium alloys, which are nickel-based or cobalt-based alloys or based on a combination of these metals with iron such as fernickel-chromium, iron-nickel-chromium-cobalt.
L'invention s'applique également au moulage de pièces en aciers faiblement allies et en aciers ordinaires puisque ceux-ci sont également très oxydables à l'état liquide. The invention also applies to the molding of parts made of weakly alloyed steels and of ordinary steels since the latter are also highly oxidizable in the liquid state.
Les superalliages et aciers fortement alliés sont utilisés notamment dans les industries métallurgiques et mécaniques, aéronautiques, aérospatiales, pour la fabrication de pieces travaillant à chaud (fours métallurgiques, machines, rotors de turbines, véhicules sur rail et route). Superalloys and highly alloyed steels are used in particular in the metallurgical and mechanical, aeronautical and aerospace industries for the manufacture of hot working parts (metallurgical furnaces, machines, turbine rotors, rail and road vehicles).
Les aciers alliés sont encore appeles "aciers spéciaux ou "aciers fins". Alloy steels are also called "special steels or" fine steels ".
Un procedé connu de fabrication de telles pieces consiste à éla- borer l'alliage métallique (superalliage ou acier spécial fortement ou faiblement allie) dans un four électrique de fusion tel qu'un four à induction et à le couler par gravité dans un moule. A known method of manufacturing such parts consists in developing the metal alloy (superalloy or special steel with high or low alloy) in an electric melting furnace such as an induction furnace and pouring it by gravity into a mold.
Le four à induction a pour principal avantage de ne pas avoir une atmosphere carburante et de permettre l'obtention d'une température très élevée, ce qui convient bien aux aciers speciaux. Mais il comporte un brassage du métal ce quis pour un superalliage ou un alliage réfractaire, est un inconvénient en raison des risques d'inclusions gazeuses résultant du brassage. On constate d'ailleurs parfois, dans les fabrications actuelles, des pertes elevees de pièces moulées qui sont rebutées en raison d'oxydation et de retassures. De plus, le moulage par gravité accroit les risques d'oxydation et de retassures et a encore pour inconvénient d'avoir un mediocre rendement de coulée d'alliage.On appelle "rendement" le rapport entre le poids net des pièces moulées-et le poids total de l'alliage métallique introduit dans les moules. Ce rendement médiocre est du au poids des cheminées et canaux de coule, qui doivent être détachés des pièces moulées, et à la presence de lourdes masselottes, à détacher egalement, qui sont destinées à éviter les retassures dans la mesure du possible, mais pas toujours avec succès. The main advantage of the induction furnace is that it does not have a fuel atmosphere and allows a very high temperature to be obtained, which is well suited for special steels. However, it involves stirring the metal, which for a superalloy or a refractory alloy, is a drawback because of the risks of gas inclusions resulting from stirring. In fact, in current manufacturing operations, there are sometimes high losses of molded parts which are discarded due to oxidation and shrinkage. In addition, gravity molding increases the risk of oxidation and shrinkage and has the further disadvantage of having a poor alloy casting yield. The ratio between the net weight of the molded parts and the total weight of the metal alloy introduced into the molds. This poor performance is due to the weight of the chimneys and runners, which must be detached from the molded parts, and to the presence of heavy weights, also to be detached, which are intended to avoid shrinkage as far as possible, but not always with success.
L'invention pose et résout le problème d'élaborer et de mouler de tels alliages métalliques sensibles à l'oxydation en évitant celle-ci, en procédant en vase clos ou presque, et en procédant à une coulee en moule aussi rapide que possible, sous basse pression, par alimentation ascendante de chaque moule en alliage métallique liquide dans des conditions qui évitent toute turbulence dudit alliage liquide à l'intérieur du moule. The invention poses and solves the problem of developing and molding such metal alloys sensitive to oxidation by avoiding it, by proceeding in a closed vessel or almost, and by making a mold casting as fast as possible, under low pressure, by ascending supply of each mold in liquid metal alloy under conditions which avoid any turbulence of said liquid alloy inside the mold.
L'invention a pour objet un procedé de fabrication en fonderie de pièces moulées en alliages métalliques oxydables à l'état liquide, à température de coulée élevée, supérieure à 1400"C, caractérisé en ce qu'il consiste à élaborer un tel alliage métallique dans un four électrique fermé à barreau de graphite, à placer le bain metallique dans le four sous pression d'un gaz inerte, à appliquer un moule en contact étanche sur un orifice de coulée du four de fusion, à tranférer directement l'alliage métallique liquide dudit four de fusion au moule sous la pression motrice dudit gaz inerte, en alimentant sous basse pression ledit moule de bas en haut, et à faire ainsi de l'ensemble du four de fusion et du moule un vase clos sous pression de gaz inerte lors de la coulée. The subject of the invention is a process for the manufacture in a foundry of molded parts made of oxidizable metal alloys in the liquid state, at high casting temperature, greater than 1400 "C, characterized in that it consists in developing such a metal alloy in a closed electric furnace with graphite rod, to place the metal bath in the furnace under pressure of an inert gas, to apply a mold in sealed contact on a pouring orifice of the melting furnace, to directly transfer the metallic alloy liquid from said melting furnace to the mold under the driving pressure of said inert gas, by supplying said mold from bottom to top at low pressure, and thus making the assembly of the melting furnace and the mold a closed vessel under inert gas pressure during casting.
Suivant une caracteristique de l'invention, le procédé ci-dessus est appliqué à l'élaboration d'un alliage métallique contenant comme composants fondamentaux des métaux choisis parmi le chrome, le nickel, le cobalt et le fer. According to a characteristic of the invention, the above method is applied to the preparation of a metal alloy containing as fundamental components metals chosen from chromium, nickel, cobalt and iron.
Cependant, le procedé de l'invention qui a pour avantage d'éviter toute agitation du bain métallique en cours de fusion, grâce à l'emploi d'un four de fusion à barreau de graphite, qui chauffé par rayonnement, pose, en contrepartie, le problème d'être un procédé de chauffage lent. However, the process of the invention which has the advantage of avoiding any agitation of the metal bath during melting, thanks to the use of a melting furnace with graphite rod, which heated by radiation, poses, in return , the problem of being a slow heating process.
En conséquence, suivant une autre caractéristique de l'invention, le procedé de l'invention est accéléré dans sa phase de fusion de l'alliage metallique precité par le fait que l'on charge le four en partie sous forme d'une charge liquide comprenant les éléments les moins oxydables, c'est-à-dire, entre autres, le nickel, le cobalt, le fer, puis, en partie sous forme d'une charge solide comprenant les composants les plus oxydables de la composition d'alliages métalliques, notamment le chrome. Consequently, according to another characteristic of the invention, the process of the invention is accelerated in its phase of melting the aforementioned metal alloy by the fact that the furnace is partially loaded in the form of a liquid load. comprising the least oxidizable elements, that is to say, inter alia, nickel, cobalt, iron, then, in part in the form of a solid filler comprising the most oxidizable components of the composition of alloys metallic, especially chromium.
Grâce à cette caractéristique, la charge solide est fondue essentiellement par son immersion dans le bain métallique prealablement introduit dans le four, tandis que le chauffage par rayonne- ment du barreau de graphite sert à élever la température du bain. Thanks to this characteristic, the solid charge is essentially melted by its immersion in the metal bath previously introduced into the furnace, while the radiant heating of the graphite rod serves to raise the temperature of the bath.
Par ailleurs, la Demanderesse a déjà breveté en France sous n" 74 42 713 du 24/12/74 (publication 2 295 808), 77 0.8 364 du 21/3/77 (publication 2 384 568) et 79 11 067 du 2/5/79 (publication 2 455 491) differents procedes-de moulage sous basse pression dans lesquels un moule est applique de manière etanche sur l'orifice de coulee d'un conduit tubulaire vertical et alimente de manière ascendante sous pression dans le but d'eviter des retassures lorsque les pièces à mouler ont de fortes epaisseurs, d'ameliorer le rendement en métal coulé et d'obtenir des pièces saines de formes plus ou moins compli quées. Mais ces procédés ne prevoient pas de précautions supplémentaires pour le cas de la couleed'alliages metalliques oxydables. Furthermore, the Applicant has already patented in France under No. 74 42 713 of 12/24/74 (publication 2,295,808), 77 0.8,364 of 3/31/77 (publication 2,384,568) and 79 11,067 of 2 / 5/79 (publication 2 455 491) various low-pressure molding processes in which a mold is applied in a leaktight manner to the pouring orifice of a vertical tubular conduit and supplied upwardly under pressure for the purpose of 'avoid shrinkage when the parts to be molded have great thicknesses, improve the yield of cast metal and obtain healthy parts of more or less complicated shapes, but these methods do not provide additional precautions in the case of the cast of oxidizable metal alloys.
En conséquence, à titre de precautions supplementaires contre l'oxydation lors du remplissage des moules, et suivant une autre caractéristique de l'invention, -on fait varier la pression motrice de gaz inerte dans le four de fusion au cours d'un cycle de coulee du moule, en plusieurs phases qui sont les suivantes
- phase préliminaire d'amenée de l'alliage au voisinage de l'orifice
de coulée en utilisant une valeur de pression dite "inférieure" ou
"prepression" ; ;
- première phase d'élévation rapide de la pression de ladite valeur
precédente inferieure ou prépression à une valeur supérieure on vue
d'emplir le moule
- deuxième phase de maintien de la pression à ladite valeur supé
rieure obtenue à la fin de la phase précédente pendant un temps
tres supérieur au temps de la première phase en vue d'obtenir le
calme au sein de l'alliage metallique liquide introduit dans le
moule ;;
- troisième phase d'élévation de pression et -de masselottage où la
pression est amenée à une valeur maximale sensiblement plus élevée
que ladite valeur supérieure précitée de la première phase, ladite
valeur maximale étant une valeur de surpression, et la montee en
pression étant plus lente que celle de la premier phase, en un
temps plus long que celui de la première phase, en vue d'éviter
toute turbulence et de créer un effet de masselotte, c'est-à-dire
de maintenir l'alliage métallique à l'état liquide au niveau de
l'orifice de coulée
- quatrième phase de maintien de la pression à ladite valeur maximale
de surpression de la troisième phase jusqu'à solidification com
plète de la piece dans le moule seulement, pendant un temps relati
vement long par rapport à la durée totale d'un cycle de coulée
- enfin, cinquième phase de chute de la pression de gaz inerte de
ladite valeur maximale de surpression à ladite valeur inférieure
d'origine ou prépression en un temps court, en vue de vider au
moins partiellement le conduit de coulée sans vider le moule où
l'alliage est solidifie.Consequently, as additional precautions against oxidation during filling of the molds, and according to another characteristic of the invention, the driving pressure of inert gas in the melting furnace is varied during a cycle of casting of the mold, in several phases which are as follows
- preliminary phase of bringing the alloy in the vicinity of the orifice
casting using a so-called "lower" pressure value or
"prepression";;
- first phase of rapid rise in pressure of said value
previous lower or prepression to a higher value seen
to fill the mold
- second phase of maintaining the pressure at said higher value
lower obtained at the end of the previous phase for a time
much greater than the time of the first phase in order to obtain the
calm within the liquid metal alloy introduced into the
mold;
- third phase of pressure increase and - weighting where the
pressure is brought to a significantly higher maximum value
that said aforementioned upper value of the first phase, said
maximum value being an overpressure value, and the rise in
pressure being slower than that of the first phase, in one
longer than the first phase, in order to avoid
any turbulence and create a counterweight effect, that is to say
maintain the metal alloy in the liquid state at
the pouring orifice
- fourth phase of maintaining the pressure at said maximum value
overpressure of the third phase until solidification com
full of the part in the mold only, for a relatively short time
long compared to the total duration of a casting cycle
- finally, fifth phase of fall of the inert gas pressure of
said maximum overpressure value to said lower value
of origin or prepress in a short time, in order to empty at
at least partially the casting line without emptying the mold where
the alloy is solidified.
Grâce à ce procéde de variation de pression au cours d'un cycle de coulée, on évite toute turbulence de l'alliage métallique à l'inté- rieur du moule, donc tout entrainement de gaz oxydant au sein ou en surface de la cavité de moulage, on évite toute retassure, on obtient des pièces moulées saines, et l'on évite toute formation de bouchon ou carotte (solidification d'alliage metallique) à l'orifice de coulez. Thanks to this process of pressure variation during a casting cycle, any turbulence of the metal alloy inside the mold is avoided, therefore any entrainment of oxidizing gas within or on the surface of the cavity. molding, any shrinkage is avoided, healthy molded parts are obtained, and any plug or carrot formation (solidification of metal alloy) is avoided at the pouring orifice.
Cette précaution supplémentaire au moulage s'ajoute à celle du choix d'un four de fusion à barreau de graphite qui lui-même évite toute turbulence dans le bain, en cours d'élaboration de l'alliage métallique à couler.This additional precaution in molding is added to that of the choice of a melting furnace with graphite rod which itself avoids any turbulence in the bath, during the development of the metal alloy to be cast.
Suivant une caractéristique de l'invention, le gaz inerte employé est de l'argon. According to a characteristic of the invention, the inert gas used is argon.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Other characteristics and advantages will appear during the description which follows.
Au dessin annexé , donne seulement à titre d'exemple,
- la Fig. 1 est une vue- schématique en coupe de l'ensemble four de
fusion et moule au cours d'un cycle de coulée, pour la mise en
oeuvre du procéde de l'invention ;
- la Fig. 2 est une vue schématique en coupe analogue à la Fig. 1 du
four de fusion seul en période de chargement d'un composant de
l'alliage métallique liquide ;
- la Fig. 3 est un diagramme schématique illustrant la variation de
la pression P de gaz inerte dans le four de fusion au cours d'un
cycle de coulée, en fonction du temps t ;;
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Fig. 1 et 2, une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comporte essentiellement un four de fusion 1 et un moule de fonderie 2 formant avec le four de fusion I un ensemble de coulee en vase clos.In the accompanying drawing, gives only by way of example,
- Fig. 1 is a schematic sectional view of the oven assembly of
melting and mold during a casting cycle, for setting
work of the inventive method;
- Fig. 2 is a schematic sectional view similar to FIG. 1 of
melting furnace alone when loading a component of
liquid metal alloy;
- Fig. 3 is a schematic diagram illustrating the variation of
the pressure P of inert gas in the melting furnace during a
casting cycle, as a function of time t ;;
According to the embodiment shown in Figs. 1 and 2, an installation for implementing the method of the invention essentially comprises a melting furnace 1 and a foundry mold 2 forming with the melting furnace I a set of pouring in a closed vessel.
Plus en détail, le four de fusion 1 est de type électrique, basculant au moyen d'un berceau 3 arque, porté par des galets 4 montés sur des paliers 5 d'un bâti ; l'un des galets 4 est moteur et entraîné en rotation par un motorêducteur 6. Le four 1, de type réverbère, est chauffé par le rayonnement d'un barreau de graphite horizontal 7. La voûte du four 1 provoque une réverbération de la chaleur rayonnée sur le bain metallique. Le four 1 comporte un orifice 8 de chargement obturable de manière étanche par une porte ou un couvercle 9, amovible.Le four 1 comporte également un goulotte ou un chenal de cou lee 10, de section transversale fermée ou tubulaire, communiquant à une extrémité avec la capacite intérieure du four et se terminant à l'extremite libre par un orifice de coulée 11, de préférence tronco-- nique, sur la face superieure de la goulotte 10. L'orifice de cou lée 11 est destine à être raccorde de manière étanche avec l'embouchure ou l'orifice de coulée décrit plus loin du moule 2. Une conduite 12 débouchant dans la capacite interieure du four 1 amene un flux gazeux inerte sous pression dans la capacite du four de fusion 1 au-dessus du niveau N du bain metallique M dans le four 1.Le gaz inerte est de preference de l'argon. Sur la conduite 12 est monte un équipement 13 de reglage de pression, y compris de mise à la decharge, avec cadran de mesure de pression à l'intérieur de la capacite du four 1 au-dessus du bain metallique M. Cet équipement 13 de réglage et de mesure est représente de manière schématique et symbolique aux
Fig. 1 et 2. Le moule de fonderie 2 (Fig. 1) est, dans cet exemple, en sable agglomeré par un liant synthétique serré à l'intérieur d'un châssis.Ce pourrait être tout aussi bien une motte de sable sans châssis ou bien encore un masque de moulage en sable à la resine, matelasse par une masse de remplissage à l'intérieur d'un châssis ou encore une coquille métallique revêtue ou non de sable ou bien encore le moule pourrait être en graphite.In more detail, the melting furnace 1 is of the electric type, tilting by means of an arc cradle 3, carried by rollers 4 mounted on bearings 5 of a frame; one of the rollers 4 is motor and driven in rotation by a geared motor 6. The oven 1, of the reverberation type, is heated by the radiation of a horizontal graphite bar 7. The roof of the oven 1 causes a reverberation of the heat radiated on the metal bath. The oven 1 has a loading orifice 8 which can be sealed off by a removable door or cover 9. The oven 1 also has a chute or a neck channel 10, of closed or tubular cross section, communicating at one end with the internal capacity of the oven and ending at the free end with a pouring orifice 11, preferably frusto-conical, on the upper face of the chute 10. The pouring orifice 11 is intended to be connected so watertight with the mouth or the orifice described later on from the mold 2. A pipe 12 opening into the interior capacity of the furnace 1 brings about an inert gas flow under pressure in the capacity of the melting furnace 1 above the level N from the metal bath M in the oven 1. The inert gas is preferably argon. On the pipe 12 is mounted a device 13 for adjusting the pressure, including for discharging, with a dial for measuring the pressure inside the capacity of the oven 1 above the metal bath M. This device 13 of adjustment and measurement is represented schematically and symbolically in
Fig. 1 and 2. The foundry mold 2 (Fig. 1) is, in this example, made of sand agglomerated by a synthetic binder tightened inside a chassis. It could just as easily be a clod of sand without chassis or still a resin molding mask made of resin, quilted by a filling mass inside a chassis or a metal shell coated or not with sand or else the mold could be made of graphite.
Dans cet exemple, le moule 2, en deux parties, est destiné à obtenir une pièce creuse de revolution et comporte à cet effet un noyau 14 en sable aggloméré. La cavité de moulage 15 est donc l'espace annulaire compris entre le moule extérieur 2 proprement dit et le noyau 14. A la partie inférieure de la cavité de moulage 15 débouche un conduit de coulée 16 ou d'alimentaton en alliage métallique liquide dans l'axe XX de la pièce de revolution. Le conduit de coulée 16 débouche sur la face inferieure du moule 2 par un orifice ou une embouchure 17, par exemple tronconique, destiné à être raccordé de manière étanche, comme connu en soi, avec l'orifice de coulée Il de la goulotte 10 du four 1 avec interposition d'une rondelle d'étanchéité 18 en matériau approprié. In this example, the mold 2, in two parts, is intended to obtain a hollow part of revolution and for this purpose comprises a core 14 of agglomerated sand. The molding cavity 15 is therefore the annular space comprised between the external mold 2 proper and the core 14. At the lower part of the molding cavity 15 opens a casting 16 or supply conduit made of liquid metal alloy in the XX axis of the revolution piece. The casting conduit 16 opens onto the lower face of the mold 2 by an orifice or a mouth 17, for example frustoconical, intended to be connected in leaktight manner, as known per se, with the casting orifice Il of the chute 10 of the oven 1 with the interposition of a sealing washer 18 of suitable material.
Pour facîliter.l'évacuation des gaz par aspiration, lors de la coulée, et aussi pour accélérer la montée de l'alliage métallique M liquide dans la cavite ou empreinte de moulage 15, celle-ci est reliée à la face supérieure du moule 2 par des évents 19 qui sont des conduits ou des cheminées de faible diametre, par exemple des trous d'aiguille. To facilitate the evacuation of gases by suction, during casting, and also to accelerate the rise of the liquid metal alloy M in the cavity or mold cavity 15, this is connected to the upper face of the mold 2 by vents 19 which are conduits or chimneys of small diameter, for example needle holes.
Un plateau perforé 20 monté à l'extrémité d'une tige de piston 21 d'un vérin non représenté, d'axe XX, est appliqué sur la face supérieure du moule 2, sous pression, en vue d'appliquer le moule 2 de manière étanche sur l'orifice de coulée 11, en écrasant la rondelle d'étanchéité 18 ou du moins en comprimant celle-ci. En contre-partie d'une telle application du moule 2 sur l'orifice de coulée 11 de la goulotte 10, celle-ci prend appui par exemple sur un support 22 au sol, que l'on peut appeler également béquille, qui, dans cet exemple, a une hauteur fixe mais qui pourrait avoir une hauteur réglable, par exemple par système vis-ecrou et volant de manoeuvre. Le moule 2 est placé sous cloche 23 qui coiffe essentiellement la face superieure du moule 2 et le plateau perforé 20 et qui, sur son bord inférieur, est munie d'une garniture d'étanchéité annulaire 24 appliquee sur les faces laterales du moule 2. La garniture d'étanchéité 24 peut être un anneau torique si le périmètre du moule 2 est circulaire, ou bien encore une garniture à lèvre unique ou encore une jupe circulaire, carree ou rectangulaire suivant le périmètre extérieur des faces latérales du moule 2.La partie supérieure de la-cloche 23 est pourvue d'une conduite 25 débouchant au-dessus du plateau perforé 20 et reliée à une source de vide non representee. I1 s'agit donc d'une conduite 25 d'aspiration en vue de faciliter l'évacuation des gaz du moule 2, lors de la coulee, à travers les events 19 et les perforations du plateau 20. Le vérin 21 est monté sur un appareil de manutention (non représenté) du moule 2. A perforated plate 20 mounted at the end of a piston rod 21 of a cylinder not shown, of axis XX, is applied to the upper face of the mold 2, under pressure, in order to apply the mold 2 of sealingly on the pouring orifice 11, by crushing the sealing washer 18 or at least compressing it. In return for such an application of the mold 2 on the pouring orifice 11 of the chute 10, the latter is supported for example on a support 22 on the ground, which can also be called a stand, which, in this example has a fixed height but which could have an adjustable height, for example by screw-nut system and handwheel. The mold 2 is placed under a bell 23 which essentially covers the upper face of the mold 2 and the perforated plate 20 and which, on its lower edge, is provided with an annular seal 24 applied to the lateral faces of the mold 2. The gasket 24 may be an O-ring if the perimeter of the mold 2 is circular, or alternatively a single lip gasket or a circular, square or rectangular skirt according to the external perimeter of the lateral faces of the mold 2. upper of the bell 23 is provided with a pipe 25 opening out above the perforated plate 20 and connected to a vacuum source not shown. It is therefore a suction pipe 25 in order to facilitate the evacuation of the gases from the mold 2, during the casting, through the vents 19 and the perforations of the plate 20. The jack 21 is mounted on a mold handling device (not shown) 2.
En outre, conformement à l'invention, sont utilisés, de manière facultative, des anneaux toriques de soufflage d'un gaz inerte tel que l'argon, en 26, autour de l'orifice de coulée 11 et autour de 1 'ori- fice de chargement 8 du four 1, lorsque la porte 9 est ouverte. In addition, in accordance with the invention, are used, optionally, O-rings for blowing an inert gas such as argon, at 26, around the pouring orifice 11 and around the orifice. loading slot 8 of the oven 1, when the door 9 is open.
Procedé de fabrication d'une pièce moulée à l'aide de l'instal-lation ci-dessus
Soit à couler dans le moule 2 à empreinte de moulage 15 une pièce de révolution annulaire d'axeXX, par exemple un rotor de turbine. Process for manufacturing a molded part using the above installation
Either to flow into the mold 2 with molding imprint 15 an annular revolution part of axisXX, for example a turbine rotor.
Suivant un exemple, soit à elaborer dans le four de fusion 1 un superalliage (alliage de nick-el-chrome-cobalt) ayant la composition suivante, qui doit être par conséquent celle du bain metallique M (pourcentages en poids)
- chrome .............. 7 à 15 %
- cobalt ..........,... 5 à 40 %
- titane et aluminium : 7 à 10,5 %, le rapport entre titane et
aluminium étant compris entre 0,6 et 1,4
- bore ................ 0,005 à 0,1 %
- carbone ............. 0,05 à 0,5 %
- silicium ............ O à 0,8 %
- manganèse ........... O à 1 %
- fer ...............,.O à 10 %
- zirconium ; O à 0,2 %
- le reste, à l'exception des impuretés étant constitué par du nickel
(de 14 % à 75 %)
Cet alliage a une grande resistance à la rupture sous tension, à température élevée, et une température de coulee de l'ordre de 1600 C. According to one example, either to develop in the melting furnace 1 a superalloy (nickel-el-chromium-cobalt alloy) having the following composition, which must therefore be that of the metal bath M (percentages by weight)
- chromium .............. 7 to 15%
- cobalt .........., ... 5 to 40%
- titanium and aluminum: 7 to 10.5%, the ratio between titanium and
aluminum being between 0.6 and 1.4
- boron ................ 0.005 to 0.1%
- carbon ............. 0.05 to 0.5%
- silicon ............ O at 0.8%
- manganese ........... O at 1%
- iron ...............,. O at 10%
- zirconium; O at 0.2%
- the rest, with the exception of impurities consisting of nickel
(from 14% to 75%)
This alloy has a high tensile strength at high temperature and a casting temperature of the order of 1600 C.
Suivant un autre exemple, on aurait à élaborer dans le four de fusion 1 un acier allié réfractaire pour pieces destinées à un travail à chaud de 500 à 900 C, cet acier allie (alliage de chrome-nickel-cobalt contenant egalement du fer) ayant la composition suivante en poids - chrome ......... 13 å 23 %
- nickel ........ 13 à 28 %
- cobalt ........ 22 à 28 %
- bore ........... 0,001 à 0,5 % - tungstène ...... O à 5 %
- molybdène ...... O à 5 %
- niobium ........ O à 5 %
- tantale ........ O à 5 %
- titane ......... O à 5 %
- vanadium .......O à 5 %
- carbone ........ 0,05 à 0,45 %
- manganese ...... jusqu'à 2 %
- silicium ....... jusqu'à 1 %
- fer et impuretés -: le complement (inférieur à 50 %)
Le procédé de-l'invention consiste à élaborer cet alliage métallique (le superalliage ou l'acier allié réfractaire précités) et à le couler en vase clos constitue par l'ensemble du four 1 et du moule 2, à eviter toute oxydation par entre d'air dans le vase clos et toute turbulence de l'alliage metallique liquide lors de la fusion et lors de la coulée.A cet effet, le procédé de l'invention consiste à choisir le four de fusion 1 à barreau de graphite 7 qui chauffe par rayonnement et qui est obturable de maniere étanche, à charger le four 1 en une charge liquide, puis en une charge solide à l'aide de moyens de chargement décrits dans un précédent brevet de la Demanderesse deposé sous n 82 16 427 à la date du 28/09/1982, lesdits moyens de chargement pénétrant profondément à l'intérieur du four 1, à alimenter le moule 2 en alliage métallique liquide M par réglage approprié de la pression d'argon (ou éventuellement d'azote) de la manière décrite plus loin, à l'intérieur du four 1, et enfin à changer rapidement de moules 2 tout en préservant éventuellement les orifices du four 1 et du moule 2 lors du chargement du four 1, lors de la coulée et lors du changement de moules 2, au moyen d'un anneau torique 26 de soufflage d'argon.According to another example, we would have to develop in the melting furnace 1 a refractory alloy steel for parts intended for hot working from 500 to 900 C, this alloy steel (chromium-nickel-cobalt alloy also containing iron) having the following composition by weight - chromium ......... 13 to 23%
- nickel ........ 13 to 28%
- cobalt ........ 22 to 28%
- boron ........... 0.001 to 0.5% - tungsten ...... O to 5%
- molybdenum ...... O at 5%
- niobium ........ O to 5%
- tantalum ........ 0 to 5%
- titanium ......... O at 5%
- vanadium ....... O at 5%
- carbon ........ 0.05 to 0.45%
- manganese ...... up to 2%
- silicon ....... up to 1%
- iron and impurities -: the complement (less than 50%)
The method of the invention consists in developing this metal alloy (the aforementioned superalloy or alloyed refractory steel) and in pouring it in a closed cup constituted by the assembly of the furnace 1 and of the mold 2, to avoid any oxidation by between of air in the closed vessel and any turbulence of the liquid metal alloy during melting and during casting. To this end, the method of the invention consists in choosing the melting furnace 1 with a graphite rod 7 which heated by radiation and which can be sealed in a sealed manner, to load the furnace 1 with a liquid charge, then with a solid charge using loading means described in a previous patent of the Applicant filed under n 82 16 427 at the dated 28/09/1982, said loading means penetrating deep inside the furnace 1, to supply the mold 2 with liquid metal alloy M by appropriate adjustment of the argon (or possibly nitrogen) pressure of the as described below, inside the oven 1, and finally at quickly change molds 2 while possibly preserving the orifices of oven 1 and of mold 2 when loading oven 1, during casting and when changing molds 2, by means of an O-ring 26 of argon blowing .
Plus en détail, on procède de la manière suivante 1) Chargement du four de fusion 1 (Fig. 2)
En supposant qu'un fond ou pied de bain subsiste au fond du four 1, après la coulee d'un moule précédent, on fait basculer le four 1 de maniere à incliner la goulotte 10 suivant une direction ascendante et à faire redescendre ainsi l'alliage metallique M au-dessous- de l'orifice de coulée 11. On evite ainsi un contact superficiel mais direct de l'alliage M avec l'air, et cela d'autant mieux que l'on établit un rideau d'argon obturant l'orifice de coulee 11 à l'aide d'un anneau torique de soufflage d'argon 26.En outre, par des moyens brevetés par la Demanderesse dans le brevet précédent dépose en France sous n" 82 15 556 en date du 13/09/1982, -il~s'agit de moyens chauffants électriques, en partie noyés dans la paroi tubulaire du chenal de coulee 10 lui-meme, et en partie extérieurs audit chenal-, on maintient dans toute la goulotte de- coulée 10 une temperature de coulée de T'alliage M au moins égale à 1 600"C et l'on evite ainsi une solidification de l'alliage dans le chenal de coulee 10.In more detail, proceed as follows 1) Loading the melting furnace 1 (Fig. 2)
Assuming that a bottom or foot of the bath remains at the bottom of the oven 1, after the casting of a previous mold, the oven 1 is tilted so as to tilt the chute 10 in an upward direction and thus bring the metallic alloy M below the pouring orifice 11. This avoids a superficial but direct contact of the alloy M with the air, and this is all the better as a curtain of shuttering argon is established the pouring orifice 11 using an O-ring for blowing argon 26. In addition, by means patented by the Applicant in the previous patent filed in France under No. 82 15 556 dated 13 / 09/1982, -it ~ is electrical heating means, partly embedded in the tubular wall of the flow channel 10 itself, and partly outside said channel-, it is maintained throughout the chute-flow 10 a casting temperature of the alloy M at least equal to 1600 "C and this prevents solidification of the alloy in the pouring channel 10.
Après avoir ouvert la porte 9 et mis en place eventuellement un rideau protecteur d'argon, circulaie, au moyen d'un anneau de soufflage 26, placé à l'entrée de l'orifice de chargement 8, on introduit successivement la charge liquide puis la charge solide par les moyens décrits au brevet précite de la Demanderesse
FR 82 16 427. Ici, ces moyens sont représentés schématiquement à la
Fig. 2 sous forme d'une seule goulotte de chargement 27, dans un but de simplification de la description.After opening the door 9 and possibly installing a protective argon curtain, circulating, by means of a blowing ring 26, placed at the entrance to the loading orifice 8, the liquid charge is successively introduced and then solid filler by the means described in the aforementioned patent of the Applicant
FR 82 16 427. Here, these means are shown schematically in the
Fig. 2 in the form of a single loading chute 27, for the purpose of simplifying the description.
L'extrémité libre de la goulotte 27 de chargement dpit pénétrer le plus profondément possible à l'intérieur de la cavité du four de fusion 1, afin d'éviter tout contact avec l'air extérieur. A l'aide de la conduite 12, on insuffle dans la capacite du four 1, audessus du niveau N du bain M, une atmosphère d'argon (ou d'azote). The free end of the loading chute 27 must penetrate as deeply as possible inside the cavity of the melting furnace 1, in order to avoid contact with the outside air. Using the pipe 12, an air of argon (or nitrogen) is injected into the capacity of the furnace 1, above the level N of the bath M.
a) Enfournement d'une charge liquide
Cette charge liquide comprend les composants du superalliage ou
de l'acier allie précités qui sont les moins oxydables c'est
dire autres que le chrome, le titane, l'aluminium, le manganèse
et le carbone. Cette charge liquide qui represente un pourcen
tage en poids de 73 à 86 % de la charge totale du four, dans le
cas du superalliage3 s'élève par exemple à 400 kg pour une
charge totale de 500 kg si telle est la capacité du- four pour
plusieurs cycles de coulées.a) Charging a liquid charge
This liquid charge comprises the components of the superalloy or
of the aforementioned alloyed steel which are the least oxidizable it is
say other than chromium, titanium, aluminum, manganese
and carbon. This liquid charge which represents a percent
weight by weight from 73 to 86% of the total oven load, in the
case of superalloy3 amounts for example to 400 kg for a
total load of 500 kg if this is the capacity of the oven for
several casting cycles.
Dans le cas de l'acier allié réfractaire précité, la charge
liquide représenterait un pourcentage en poids de 70 à 86 % de
la charge totale et s'élèverait par exemple à 350 kg.In the case of the above-mentioned refractory alloy steel, the load
liquid would represent a percentage by weight of 70 to 86% of
the total load and would amount for example to 350 kg.
b) Enfournement de la charge solide :
Cette charge, qui représente, dans le cas du superalliage, un
pourcentage en poids de la charge totale qui est de l'ordre
de 14 à 27 %, donc bien inferieur à la charge liquide, est
constituée des composants les plus oxydables : le chrome, le
groupe titane-aluminium, le manganèse, le carbone et s'élève par
exemple à 100 kg.b) Charging solid charge:
This charge, which represents, in the case of superalloy, a
percentage by weight of the total charge which is of the order
from 14 to 27%, therefore much lower than the liquid load, is
made up of the most oxidizable components: chromium,
titanium-aluminum group, manganese, carbon and rises by
example at 100 kg.
Dans le cas de l'acier allié réfractaire, la charge solide
représentant un pourcentage en poids de 14 à 30 % de la charge
totale s'élève par exemple à 150 kg. Elle comprend les compo
sants les plus oxydables qui sont le chrome, le carbone et tout
ou partie du tungstène, du manganèse et du silicium.In the case of refractory alloy steel, the solid charge
representing a weight percentage of 14 to 30% of the load
total amount is for example 150 kg. It includes the ingredients
most oxidizable health which are chromium, carbon and all
or part of tungsten, manganese and silicon.
Les opérations d'enfournement successives de la charge liquide
et de la charge solide sont décrites dans le brevet precite de
la Demanderesse FR 82 16 427.Successive charging operations of the liquid charge
and solid filler are described in the aforementioned patent of
Applicant FR 82 16 427.
Au bout d'un certain temps en supposant que le four de fusion 1
était initialement chaud puisqu'il contenait encore un fond ou
pied de bain M, toutes les charges enfournees sont à l'état
liquide, les charges solides ayant fondu au sein de la charge
liquide de manière beaucoup plus rapide que ne l'aurait permis
le simple apport de chaleur par rayonnement provenant du barreau
de graphite 7. Cependant, ce mode de chauffage par le barreau 7
a evité toute agitation du bain metallique M lors de la fusion,
cependant que le balayage de l'atmosphère interne du four 1 par
de l'argon sous pression provenant de la conduite 12, sous une
prépression déterminée, a permis la montee de l'alliage au
niveau de l'orifice de coulée 11.After a while assuming that the melting furnace 1
was initially hot since it still contained a bottom or
bath foot M, all charges in the state
liquid, the solid charges having melted within the charge
liquid much faster than would have been allowed
the simple addition of radiant heat from the bar
of graphite 7. However, this method of heating by the rod 7
avoided any agitation of the metal bath M during the fusion,
however that the sweep of the internal atmosphere of the furnace 1 by
pressurized argon from line 12, under a
determined prepress, allowed the rise of the alloy to
pouring hole level 11.
2) Amenée d'un moule 2 et coulée (Fig. 1 et 3)
Le temps de fusion étant écoulé, et la totalité du bain M étant
liquide à une température sensiblement supérieure à 1400"C, on va
procéder à une coulée.2) Supply from a mold 2 and pouring (Fig. 1 and 3)
The melting time having elapsed, and the entire bath M being
liquid at a temperature substantially higher than 1400 "C, we will
proceed with casting.
On amène rapidement un moule 2 par un appareil de manutention sur
lequel est monté le vérin 21, puis, à l'aide du plateau perfore 20,
on applique le moule 2, de manière étanche sur l'orifice de cou
lée 11. Après avoir interpose une rondelle d'étanchéité 18 entre
l'orifice 11 et l'embouchure de coulée 17 du moule 2, on coiffe le
moule 2 d'une cloche 23 de manière étanche grâce à- la garniture
d'étanchéité 24, si cette cloche 23n'a pas déjà été mise en place
précédemment lors de la manutention du moule 2, et l'on fait bascu
ler le four 1 sur ses galets à l'aide du groupe motoréducteur 6,
tout en continuant d'appliquer sous pression le moule 2 sur l'ori
fice de coulée 11 jusqu'à ce que la roulotte de coulee 10 prenne
appui sur le support 22.Puis on effectue un cycle de coulée de
la maniere suivante visant à emplir le moule de manière non turbu
lente, tout en orientant le refroidissement du superalliage ou de
l'alliage réfractaire afin d'éviter toute retassure, d'une manière
connue en soi mais rationnelle : L'alliage métallique introduit en
premier et devant se refroidir en premier doit atteindre la partie
de cavité 15 la plus elevée, c'est-à-dire la plus éloignée de la
conduite d'alimentation ou cheminée d'alimentation 16 alors que
la partie de l'alliage metallique qui doit se solidifier en dernier
et-doit par consequent rester le plus longtemps la plus chaude est
celle qui doit occuper la partie inférieure de la cavité de
moulage 15, c'est-à-dire la plus proche de Ta cheminée de
coulée 16.We quickly bring a mold 2 by a handling device on
which is mounted the jack 21, then, using the perforated plate 20,
the mold 2 is applied in a leaktight manner to the neck opening
11. After having interposed a sealing washer 18 between
the orifice 11 and the pouring mouth 17 of the mold 2, we cap the
mold 2 of a bell 23 in leaktight manner thanks to the packing
seal 24, if this bell 23 has not already been put in place
previously during the handling of mold 2, and we tilted
the oven 1 on its rollers using the gearmotor group 6,
while continuing to apply pressure mold 2 to the ori
casting 11 until the casting trailer 10 takes over
support on the support 22.Then a casting cycle is carried out
the following way aiming to fill the mold in a non-turbulent way
while directing the cooling of the superalloy or
the refractory alloy in order to avoid any shrinkage, in a way
known in itself but rational: The metal alloy introduced in
first and must cool down first must reach the part
of the highest cavity 15, that is to say the furthest from the
supply line or supply chimney 16 while
the part of the metal alloy which must solidify last
and therefore must remain the longer the warmer is
the one that should occupy the lower part of the cavity
molding 15, that is to say the one closest to Your chimney
casting 16.
La température de coulee est supérieure à 1400"C. Elle peut
être, par exemple, de 1420"C et peut s'elever, par exemple,
jusqu'à 1650"C. The pouring temperature is higher than 1400 "C. It can
be, for example, 1420 "C and can rise, for example,
up to 1650 "C.
Par consequent, pour un superalliage et pour un acier allié refrac
taire, il existe un écart entre la température minimale de coulée
qui peut être de 1400"C et la température maximale de coulée--qui
peut être de 17000C. Therefore, for a superalloy and for a refrac alloy steel
shut up, there is a gap between the minimum casting temperature
which can be 1400 "C and the maximum casting temperature - which
may be 17000C.
Au-dessus de la température maximal-e, non seulement on dépense trop
d'énergie mais on risque de ne pas obtenir une solidification assez
rapide dans le moule. Au-dessous de la temperature minimale, on
risque une solidification prématurée dans la cheminée 16 du moule,
et même à l'orifice de coulée 11 du chenal 10 du four. On visera
donc une temperature de coulée comprise dans l'écart précité.Above the maximum temperature, not only is we spending too much
of energy but we risk not getting enough solidification
quick in the mold. Below the minimum temperature,
risk of premature solidification in the chimney 16 of the mold,
and even to the pouring orifice 11 of the channel 10 of the furnace. We will aim
therefore a casting temperature included in the aforementioned difference.
Cycle de coulee (Fig. 3)
- Phase préliminaire OA d'amenee de l'alliage au voisinage de
l'orifice de coulée ll
Au moment où un moule 2 va être appliqué en contact étanche sur
l'orifice 11 de coulee du chenal 10, une prépression pl ou pression
inférieure est maintenue dans la capacité du four 1, par arrivée
d'argon amené par le conduit 12. Cette valeur pl est obtenue par
réglage approprié de l'équipement de réglage et de mesure 13. Cette
valeur pl est etablie de maniere à amener le métal liquide juste
au-dessous de l'orifice 11 de coulée du chenal 10. Ce resultat est
obtenu grâce à la pression atmospherique supérieure à la pres
sion pl qui règne à l'intérieur du four 1.Pouring cycle (Fig. 3)
- Preliminary phase OA of bringing the alloy in the vicinity of
the orifice ll
When a mold 2 will be applied in tight contact on
the orifice 11 of flow of the channel 10, a prepressure pl or pressure
is maintained in the capacity of oven 1, by inlet
of argon brought by the conduit 12. This value pl is obtained by
appropriate adjustment of the adjustment and measurement equipment 13. This
pl value is established so as to bring the liquid metal just
below the orifice 11 for pouring the channel 10. This result is
obtained thanks to the atmospheric pressure higher than the pres
sion pl which prevails inside the furnace 1.
Cette valeur pl est par exemple de 0,15 bar. This value pl is for example 0.15 bar.
- Première phase AB - Remplissage du moule 2
Pour emplir le moule, on passe de la pression pl à la pression p2 à
l'intérieur du four 1. La valeur supérieure p2 est par exemple
de 0,4 bar. Le temps (t2 - tl) d'élévation de la pression de la
valeur pl à la valeur p2, donc de passage de A à B sur la ligne
d'évolution du cycle de coulée, doit être suffisamment rapide pour
éviter toute solidification prématurée dans la cheminée 16 et dans
la cavite de moulage 15, mais sans excès de rapidité pour que la
montée de l'alliage metallique dans la capacite de moulage 15 s'ef
fectue en écoulement laminaire, sans turbulence. Bien entendu, la
rapidité de montée en pression est recherchée pour des raisons evi-
dentes de cadences de production.Le temps (t2 - tl) dépend encore
de la quantité d'alliage à introduire dans le moule 2.- First phase AB - Filling the mold 2
To fill the mold, one passes from the pressure pl to the pressure p2 to
inside the oven 1. The upper value p2 is for example
0.4 bar. The time (t2 - tl) of pressure rise of the
value pl to value p2, therefore passing from A to B on the line
evolution of the casting cycle, must be fast enough to
avoid premature solidification in the chimney 16 and in
the mold cavity 15, but without excess speed so that the
rise of the metal alloy in the molding capacity 15 if
made in laminar flow, without turbulence. Of course, the
pressure build-up speed is sought for obvious reasons
tines of production rates. The time (t2 - tl) still depends
the quantity of alloy to be introduced into the mold 2.
- Deuxième phase BC : Maintien de la pression
En vue de bien remplir toute la cavité 15 de moulage, dans ses
moindres interstices, et dans ses parties les plus hautes et les
plus éloignées de la cheminée de coulée 16 et de l'embouchure de
coulée 17, la pression supérieure p2 est maintenue pendant un
temps (t3 - t2) qui est très supérieur à la durée de la première
phase. Ce maintien en palier BC permet à l'alliage de commencer sa
solidification au moins dans les parties de la cavite de mou
lage 15 qui sont les plus hautes et les plus éloignées de l'embou
chure de coulée 17. Mais, dans les parties basses et les plus
proches de l'embouchure 17, l'alliage M reste liquide.On s'ef
force d'ailleurs de maintenir cet état liquide dans cette zone par
la phase suivante - Troisieme phase CD : Elévation de pression et masselottage
De manière classique, des cavites ou retassures tendent à se for
mer dans les zones les plus proches de l'embouchure de coule,
donc les zones inférieures3 encore liquides, lors de l'alimen
tation des zones les plus éloignées et des zones supérieures en
cours de solidification.Pour combler ces cavités ou retassures,
on procède à un masselottage non pas en prévoyant dans le moule
une réserve ou poche ou masselotte d'alimentation complémentaire
en alliage metallique liquide et "chaud" mais en élevant la pres
sion de la valeur supérieure p2 à une valeur maximale p3 qui, dans
cet exemple, est de 0,7 bar, du temps t3 au temps t4 determine par
l'experience en vue d'éviter toute turbulence.Ainsi, le masse
lottage amène un supplément de métal liquide à température élevee,
et sous pression, à la partie inférieure du moule de sorte que
l'on a la certitude d'obtenir un remplissage parfait del-a ca
vité 15 de moulage, jusqu'à solidification progressive descendante
de la partie haute, la plus éloignée de l'orifice de coulée 17
vers ledit orifice de coulée 17 où le métal liquide se solidifie
en dernier, en tout cas à un niveau situe au-dessus de l'embou-
chure 17, dans la cheminée d'alimentation 16. C'est ce résultat
qui doit être atteint au cours de la phase suivante.- Second phase BC: Maintaining the pressure
In order to properly fill the entire mold cavity 15, in its
smallest gaps, and in its highest parts and
further from the pouring chimney 16 and the mouth of
flow 17, the upper pressure p2 is maintained for one
time (t3 - t2) which is much greater than the duration of the first
phase. This level hold BC allows the alloy to start its
solidification at least in the parts of the slack cavity
lage 15 which are tallest and furthest from the mouth
pouring chure 17. But, in the lower parts and more
close to mouth 17, alloy M remains liquid.
force to maintain this liquid state in this area by
the next phase - Third phase CD: Pressure rise and weighting
Conventionally, cavities or recesses tend to form
sea in the areas closest to the mouth of the river,
therefore the lower areas3 which are still liquid during feeding
tation of the most distant areas and the upper areas in
solidification course. To fill these cavities or shrinkage,
we carry out a weighting not by providing in the mold
a reserve or pocket or additional feeder weight
in liquid and "hot" metallic alloy but by increasing the pres
sion from the higher value p2 to a maximum value p3 which, in
this example is 0.7 bar, from time t3 to time t4 determined by
experience in order to avoid any turbulence. Thus, the mass
lottage brings extra liquid metal at high temperature,
and under pressure, at the bottom of the mold so that
we can be sure of getting a perfect filling
15 molding speed, until progressive downward solidification
from the upper part, furthest from the orifice 17
towards said pouring orifice 17 where the liquid metal solidifies
lastly, in any case at a level above the mouthpiece
chure 17, in the supply chimney 16. It is this result
which must be achieved in the next phase.
- Quatrieme phase DE : Maintien en pression maximale Solidification
Cette phase est accomplie sans relâcher la pression maximale p3.- Fourth phase DE: Maintaining maximum pressure Solidification
This phase is accomplished without releasing the maximum pressure p3.
Cette phase dure tout le temps (t5-t4) de la solidification de la
pièce coulée. Sa duree dépend de la quantité d'alliage introduit
dans le moule et aussi de la difficulté de remplissage total du
moule.This phase lasts all the time (t5-t4) of the solidification of the
casting. Its duration depends on the amount of alloy introduced
in the mold and also the difficulty of completely filling the
mold.
Cette solidification doit être progressive, lente2 et surtout di
rigée du haut vers le bas, c'est-à-dire doit être descendante de
la partie la plus éloignée ou la plus haute de la cavité de mou
lage 15 devant se solidifier en premier vers la partie la plus
basse ou la plus proche de l'embouchure de coulée 17 qui doit se
solidifier en dernier,. Au temps t5, la solidification atteint un
niveau situé à mi-hauteur de la cheminée d'alimentation 16, en
dessous de la cavité de moulage 15 proprement dite.C'est à cette
condition de maintien de la pression p3 et de durée de ce
maintien que l'on obtient une pièce saine exempte de cavité, et
que l'on peut ensuite faire redescendre rapidement l'excédent de
metal liquide non utilisé dans l'empreinte de moulage 15.This solidification must be progressive, slow2 and especially di
rigged from top to bottom, i.e. must be descending from
the most distant or highest part of the slack cavity
lage 15 having to solidify first towards the most
low or closest to the mouth of casting 17 which must be
solidify last ,. At time t5, solidification reaches a
level located halfway up the supply chimney 16, in
below the mold cavity 15 proper.
condition for maintaining the pressure p3 and the duration of this
maintaining that a healthy cavity-free piece is obtained, and
that we can then quickly bring the excess of
liquid metal not used in the mold impression 15.
I1 est à noter que plus l'empreinte de moulage 15 est compliquée
ou plus le nombre d'empreintes de moulage dans cette cavité est
élevé, dans le cas où le moule est destiné à l'obtention de plu
sieurs pièces à la fois, plus le temps de maintien en pression p3
est elevé entre t4 et t5. Ce temps de maintien (t5 - t4) est en
effet fonction de la difficulté de remplissage total et de par
faite solidification sans retassures de la ou des cavités de
moulage.I1 it should be noted that the more complicated the molding imprint 15
or more the number of mold cavities in this cavity is
high, in the case where the mold is intended to obtain greater
several parts at the same time, plus the holding time p3
is raised between t4 and t5. This holding time (t5 - t4) is in
effect depending on the difficulty of total filling and therefore
solidified without shrinkage of the cavity or cavities
molding.
Cinquiemé phase EF : Chute de pression et descente du métal liquide
Au temps t5, on est certain que la piece coulée est complètement
solidifiee. On abaisse alors rapidement la pression jusqu'à la
valeur inférieure pl dite prépression à l'intérieur du four 1,
toujours en agissant sur l'équipement 13 de réglage et de mesure.Fifth phase EF: Pressure drop and liquid metal fall
At time t5, it is certain that the casting is completely
solidified. The pressure is then rapidly lowered to the
lower value pl called pre-pressure inside the furnace 1,
always by acting on the adjusting and measuring equipment 13.
La chute de pression de p3 à pl est effectuée en un temps très
court de t5 à t6 afin de faire retomber rapidement tout le metal
liquide qui peut rester dans la cheminée 16 mais qui, bien enten
du, se trouve hors de la cavité de moulage 15 où le métal est com
plètemnt solidifié. Cette rapidité de chute de pression de p3 à pl
est voulue afin d'améliorer le rendement en métal coulé, c'est-à
dire le rapport entre le poids de metal constituant la pièce mou
lée proprement dite et le poids total de métal qui s'est soli
difié dans le moule 2 donc à la fois dans la cavité de moulage 15
et dans une partie de la cheminee d'alimentation 16.The pressure drop from p3 to pl is carried out in a very short time
runs from t5 to t6 to quickly drop all the metal
liquid which can remain in the chimney 16 but which, of course
of, is outside the molding cavity 15 where the metal is com
quite solidified. This speed of pressure drop from p3 to pl
is wanted in order to improve the yield of cast metal, i.e.
tell the relationship between the weight of metal constituting the soft part
the actual metal and the total weight of metal that has solidified
defined in the mold 2 therefore both in the mold cavity 15
and in a part of the supply chimney 16.
Simultanement, on- actionne le motoréducteur 6 de manière à bascu
ler le four 1 vers la position de la Fig. 2, le chenal de cou
lee 10 reprenant son inclinaison descendante vers la capacite du
four 1, ce qui facilite le retour du bain métallique M dans ladite
capacité et l'abaissement du niveau du bain métallique M bien au
dessous de l'orifice de coulée 11. Au temps t6, le moule 2
toujours coiffé de sa cloche 23 est souleve et eloigné puis évacué
en vue du décochage de la pièce moulee.Simultaneously, the gearmotor 6 is actuated so as to tilt
the oven 1 to the position of Fig. 2, the neck channel
lee 10 resuming its downward inclination towards the capacity of the
oven 1, which facilitates the return of the metal bath M into said
capacity and lowering of the level of the metal bath M well at
below the pouring orifice 11. At time t6, the mold 2
still wearing his bell 23 is lifted and moved away then evacuated
for the release of the molded part.
Au-delà du temps t6, un nouveau moule 2 coiffe de la même
cloche 23 doit être amené à la place de celui qui vient d'être
coulé. Le soufflage d'argon par l'anneau de soufflage 26 à l'ori
fice 11 est avantageux pendant l'intervalle de temps entre le
départ du moule qui vient d'être coulé et l'arrivée d'un nouveau
moule.Beyond time t6, a new mold 2 covers the same
bell 23 must be brought in place of the one who has just been
sunk. The blowing of argon by the blowing ring 26 at the ori
fice 11 is advantageous during the time interval between the
departure of the mold which has just been poured and the arrival of a new one
mold.
Bien entendu, on procède au changement de rondelles d'étan
chiite 18 lors de l'amenée d'un nouveau moule à couler.Of course, we proceed to the change of tin washers
Shiite 18 when bringing in a new casting mold.
I1 est à noter encore que, à la fois lors de la premiere phase AB
de remplissage du moule et de la dernière phase EF de vidage
partiel de la cheminee 16, les temps t2-tl, d'une part, t6-t5,
d'autre part, tout en étant très courts, ne doivent pas descendre
au-dessous d'une valeur trop basse se traduisant par une trop
forte brutalité d'élévation de pression, d'une part, de chute de
pression, d'autre part, de façon- à éviter toute projection ou
bavure ou vidange du moule sur l'orifice de coulée 11 du chenal de
coulee 10 du four. En effet, l'orifice 11 doit rester propre afin
d'être apte à recevoir pour chaque nouveau moule une rondelle
d'étanchéité 18 qui doit s'appliquer, côté chenal 10, sur une sur
face nette de coulures solidifiées de métal liquide.It should also be noted that, both during the first phase AB
of filling the mold and of the last EF emptying phase
partial of the chimney 16, the times t2-tl, on the one hand, t6-t5,
on the other hand, while being very short, must not descend
below a too low value resulting in too much
strong brutality of pressure rise, on the one hand, of fall of
pressure, on the other hand, so as to avoid any projection or
burr or emptying of the mold on the pouring orifice 11 of the channel
poured from the oven. In fact, the orifice 11 must remain clean in order to
to be able to receive a washer for each new mold
seal 18 which must be applied, channel side 10, on a
clean face of solidified liquid metal drips.
Avantages 1/ Précautions contre l'oxydation du superalliage
On a vu plus haut qu'elles étaient de deux sortes
a) Les précautions métallurgiques
Grâce au choix des composants des charges liquides d'abord et
solides ensuite en fonction de leur oxydabilité, les moins
oxydables étant incorporées à la charge liquide et les plus
oxydables (chrome, titane, aluminium, tungstene, carbone,
manganèse, silicium) à la charge solide, on évite les
risques d'oxydation de composants de l'alliage en cours
d'enfournement.Advantages 1 / Precautions against oxidation of the superalloy
We saw above that they were of two kinds
a) Metallurgical precautions
Thanks to the choice of components of the liquid fillers first and
solids then according to their oxidability, the least
oxidizable being incorporated in the liquid charge and the most
oxidizable (chromium, titanium, aluminum, tungsten, carbon,
manganese, silicon) with a solid charge, we avoid
risk of oxidation of components of the alloy in progress
in the oven.
b) Les précautions gazeuses
On évite les entres d'air et on veille à l'étanchéité des
fermetures des orifices du four 1 et notamment l'orifice de
chargement 8 et l'orifice de coulee 11 du moule 2 notamment
l'embouchure de coulee 7. On forme-un vase clos avec l'ensemble
du four 1 et du moule 2 appliqué de manière etanche sur
l'orifice de coulee 11 avec interposition d'une rondelle
d'étanchéité 18 et avec application d'une poussée par le
plateau 20 à l'encontre de l'appui 22. Grâce au remplissage en
argon de la capacité du four 1 au-dessus du niveau N du bain
métallique, grâce à la cloche d'aspiration 23, au plateau per
fore 20 et aux évents 19, on evacue toute trace eventuelle d'air
donc d'oxygène dans ce vase clos puisque l'argon occupe tout
espace non occupé par le métal liquide.Cette précaution est
renforcé, eventuellement, par les rideaux d'argon vaporisés par
les anneaux de soufflage 26 aux entres de l'orifice 8 de char
gement lors des opérations d'enfournement, et à l'embouchure de
coulée 17, lors de l'alimentation du moule 2 en métal liquide et
surtout au-dessus de l'orifice 11 (Fig. 2) lorsqu'il n'y a pas
encore de moule pour recouvrir cet orifice 11.b) Gas precautions
We avoid air intakes and we ensure the tightness of
closings of the orifices of the furnace 1 and in particular the orifice of
loading 8 and the pouring orifice 11 of the mold 2 in particular
the mouth of flow 7. We form a closed vase with the whole
from oven 1 and mold 2 applied tightly to
the pouring orifice 11 with the interposition of a washer
seal 18 and with application of a thrust by the
plate 20 against the support 22. Thanks to the filling in
oven capacity argon 1 above bath level N
metallic, thanks to the suction bell 23, to the per plate
drills 20 and vents 19, evacuates any trace of air
so oxygen in this vacuum since argon occupies everything
space not occupied by liquid metal.
possibly reinforced by the argon curtains vaporized by
the blowing rings 26 at the entrances of the orifice 8 of the tank
during the charging operations, and at the mouth of
casting 17, during the supply of the mold 2 with liquid metal and
especially above the orifice 11 (Fig. 2) when there is no
still mold to cover this orifice 11.
Lorsque l'alliage coulé est un acier faiblement allié, les
précautions précitées d'emploi d'anneaux 26 de soufflage d'argon
à l'orifice de chargement 8 et l'orifice de coulée 11 ne sont
pas indispensables.When the cast alloy is a low alloy steel, the
aforementioned precautions using argon blowing rings 26
at the loading opening 8 and the pouring opening 11 are not
not essential.
2/ Précautions pour éviter la turbulence de l'alliage et pour eviter
des retassures de l'alliage moulé
Grâce au four à barreau de graphite 7, à chaleur rayonnante, on
évite tout brassage et toute agitation du bain M à l'intérieur du
four.2 / Precautions to avoid turbulence of the alloy and to avoid
molded alloy shrinkage
Thanks to the graphite 7 rod oven, with radiant heat,
avoids any mixing and any agitation of the bath M inside the
oven.
Grâce à la maitrise des variations de pression lors du cycle de
coule, et notamment lors de la phase AB de remplissage du moule,
on assure ce remplissage en écoulement laminaire en évitant toute
introduction turbulente.Thanks to the control of pressure variations during the
flows, and in particular during the phase AB of filling the mold,
this filling is ensured by laminar flow, avoiding any
turbulent introduction.
L'ensemble de ces precautions avantageuses caractérise le procédé
de l'invention qui permet d'obtenir des pièces saines dans des
conditions aussi rapides et économiques que possible même avec un
four à fusion lente, et ainsi de surmonter les difficultes causées
par la composition de l'alliage métallique très oxydable lorsqu'il
est liquide et à temperature de coulée élevée superieure à 1400"C,
et l-es difficultés causes par la nature de la cavité de moulage 15
plus ou moins compliquée, et éventuellement de faible épaisseur,
pouvant par exemple descendre jusqu'à 2 mm ou au contraire de forte
épaisseur, nécessitant un masselottage.All of these advantageous precautions characterize the process
of the invention which makes it possible to obtain healthy parts in
conditions as fast and economical as possible even with a
slow melting furnace, and thus overcome the difficulties caused
by the composition of the highly oxidizable metal alloy when
is liquid and at a high pouring temperature higher than 1400 "C,
and the difficulties caused by the nature of the mold cavity 15
more or less complicated, and possibly thin,
can for example go down to 2 mm or on the contrary of strong
thickness, requiring a weighting.
En variante
On met à profit l'étanchéité du four de fusion 1 pour procéder à la désoxydation du bain M; après fusion complete de l'alliage métallique et avant coulée dans le moule 2 de la manière suivante : on branche la conduite 12 sur une source d'aspiration et l'on met sous vide ou pression la capacité interne du four 1. Le bain M est désoxyde par réaction du carbone contenu dans le bain M avec l'oxygène du même bain, suivant la réaction chimique
C + 02 -# C02.As a variant
The sealing of the melting furnace 1 is used to effect the deoxidation of the bath M; after complete melting of the metal alloy and before pouring into the mold 2 in the following manner: the pipe 12 is connected to a suction source and the internal capacity of the oven 1 is put under vacuum or pressure. The bath M is deoxidized by reaction of the carbon contained in the bath M with the oxygen of the same bath, according to the chemical reaction
C + 02 - # C02.
Le gaz carbonique se degage par la conduite 12. Carbon dioxide is released through line 12.
Claims (13)
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| FR8217120A FR2534167B1 (en) | 1982-10-11 | 1982-10-11 | METHOD FOR THE FOUNDRY MANUFACTURE OF MOLDED PARTS IN OXIDIZABLE METAL ALLOYS |
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| FR8217120A FR2534167B1 (en) | 1982-10-11 | 1982-10-11 | METHOD FOR THE FOUNDRY MANUFACTURE OF MOLDED PARTS IN OXIDIZABLE METAL ALLOYS |
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Family Applications (1)
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| FR2534167B1 (en) | 1985-06-07 |
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