FR2546783A1

FR2546783A1 - Procede et dispositif de traitement d'un metal liquide moule sous basse pression, notamment pour l'inoculation de la fonte

Info

Publication number: FR2546783A1
Application number: FR8308942A
Authority: FR
Inventors: Rio Bellocci; Bellocci Claude Bak Et Serge Colmet Rio; Claude Bak; Serge Colmet
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1983-05-30
Publication date: 1984-12-07
Also published as: NO162847B; FI842135A; AU2875584A; FI842135A0; EP0127521B1; JPS59225856A; IT8467547A0; DE3465261D1; IT1179696B; ES8502891A1; EP0127521A1; FR2546783B1; DK162198B; JPS6225463B2; CH657296A5; NO842112L; DK262084D0; NO162847C; DK262084A; FI72664B

Abstract

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'UN METAL LIQUIDE 14 MOULE SOUS BASSE PRESSION, NOTAMMENT POUR L'INOCULATION DE LA FONTE, DANS LEQUEL ON MOULE SOUS BASSE PRESSION ET PAR COULEE ASCENDANTE DANS UN MOULE A PRESENTANT UNE EMPREINTE INTERIEURE 10, LE METAL LIQUIDE M SITUE DANS UNE POCHE DE COULEE 1 PLACEE SOUS LE MOULE A AVEC LEQUEL ELLE COMMUNIQUE PAR UNE CHEMINEE ASCENDANTE 3. ON TRAITE LE METAL PAR UN FIL 13 SUSPENDU A TRAVERS L'EMPREINTE 10 SUR UNE LONGUEUR L SUPERIEURE A LA HAUTEUR H DU MOULE A AFIN DE PLONGER SA PARTIE INFERIEURE DANS LE METAL LIQUIDE REMPLISSANT LA CHEMINEE 3. ON MAINTIENT LA PRESSION DANS LA POCHE 1 LE TEMPS NECESSAIRE A LA DISSOLUTION DU FIL 13 DANS LE METAL M, ET ON ELEVE LA PRESSION JUSQU'A UNE VALEUR PROVOQUANT L'EMPLISSAGE DE L'EMPREINTE DE MOULAGE 10 PAR LE METAL LIQUIDE AINSI TRAITE. LA PHASE DE TRAITEMENT EST TRES RAPIDE ET LE METAL QUI REMPLIT ENSUITE LE MOULE A EST COMPLETEMENT INOCULE.

Description

La présente invention a pour objet un procè-

dé et un dispositif de traitement d'un métal liquide moulé sous basse pression, par exemple de la fonte à inoculer. Comme on le sait, l'inoculation de la fonte à graphite lamellaire ou à graphite sphéroidal, ou à graphite vermiculaire peut être réalisée à l'aide d'un inoculant tel que par exemple le ferro-silicium, sous

forme de poudre préalablement introduite dans un mou-

le, dans la technique de moulage sous basse pression, c'est-à-dire la technique suivant laquelle la fonte liquide est introduite de force, dans un moule, par coulée ascendante, sous l'action d'une pression gazeuse relativement basse, de l'ordre de 0,2 à 1,5

bars.

D'une manière générale, on sait depuis long-

temps que l'inoculation de la fonte à l'aide de fer-

ro-silicium ou d'autres produits graphitisants a pour but de favoriser la graphitisation, c'est-à-dire la formation de graphite libre lors de la solidification de la fonte, en vue d'obtenir une bonne résilience du produit moulé, et que cette inoculation est d'autant plus efficace qu'elle est effectuée au plus près du moule, juste avant l'introduction de la fonte dans le moule On a même effectué l'inoculation à l'intérieur du moule En effet, l'effet d'inoculation de la fonte liquide n'est pas durable et tend à s'estomper en quelques minutes de sorte qu'il faut éviter un délai trop long entre l'inoculation et l'alimentation du

moule en fonte liquide.

On connaît par ailleurs un procédé d'inocu-

lation consistant à utiliser l'inoculant sous forme d'un fil sans fin Le fil a pour avantages d'être facile à manipuler, de se prêter à une manutention mécanisée lorsqu'il est enroulé sur une bobine qu'il suffit de dérouler, d'assurer un dosage précis de la

quantité de matériau inoculant, et enfin de fondre fa-

cilement dans une fonte liquide.

C'est ainsi que l'on connait par le brevet FR-A-2 276 124 un procédé d'addition d'un métal réactif sous forme d'un élément allongé suspendu à

1 intérieur d'un moule que l'on emplit de métal liqui-

de à traiter Lorsque le niveau du métal liquide monte dans le moule, l'élément réactif allongé fond dans le métal en fusion en libérant le métal réactif dans la masse fondue Le moule est alimenté en métal liquide par gravité Donc la coulée est descendante Aucun problème ne se pose pour la mise en suspension de

l'élément réactif allongé à l'intérieur du moule.

Cette mise en place s'effectue manuellement et

l inoculation s'effectue à l'intérieur du moule.

Le brev\-et FR-A-2 278 432 concerne l'emploi d un inoculant sous forme d'un fil sans fin déroulé

d'une bobine pour être introduit en suspension ver-

ticale dans un bassin prévu dans le moule Ce bassin

est situé sur le trajet du métal liquide à traiter.

trajet qui s'accomplit à travers un chenal de coulée alimentant l'empreinte de moulage proprement dite, entre le jet de coulée vertical par gravité et ladite empreinte de coulée En raison de la rapidité de

passage du métal liquide à travers ce bassin intermé-

diaire d'inoculation dans lequel est immergée l'extré-

mité inférieure du fil inoculant suspendu, il est dif-

ficile d'obtenir une bonne homogénéité d'inoculation du métal liquide, donc de la masse de métal introduite dans l'empreinte de moulage Ce risque de manque d'homogénéité de l'inoculation est d'autant plus grand que l'empreinte de moulage est plus volumineuse ou bien plus compliquée, notamment en vue du moulage de pièces minces En effet, la solidification du métal liquide est alors si rapide qu'elle est achevée avant

que le fil inoculant n'ait pu se dissoudre complète-

ment dans le métal liquide, de sorte que l'inoculation

est incomplète et hétérogène.

On connait encore par le document Giesserei-

Praxis N 3 du 10 Février 1982-, pages 29 à 35, la technologie d'e l'inoculation de la fonte au moyen d'un fil susceptible d être déroulé d'une bobine, ce fil d'inoculation étant introduit dans l'axe du jet de coulée gravitaire en provenance d'un bassin de coulée

ou d'une poche de coulée à quenouille.

On peut ainsi espérer avoir une meilleure homogénéité d'inoculation étant donné que le métal liquide reste en contact avec le fil inoculant sur une

certaine longueur de-celui-ci, juste avant l'introduc-

tion dans le jet de coulée verticale du moule.

Mais dans ces trois exemples antérieurs connus, il s'agit d'une coulée verticale par gravité et non pas d'une coulée verticale ascendante sous

basse pression pour alimenter un moule.

Or, le problème de l'inoculation au moyen d'un fil dans la technique de coulée ascendante de la fonte sous basse pression se pose car l'entrée du

moule pour la fonte liquide, qui devrait être égale-

ment l'entrée du fil, n'est pas accessible En effet,

elle est placée en contact étanche avec un ajutage su-

périeur d'une cheminée de montée de la fonte liquide ou d'un tube de coulée ascendante à partir de la poche de coulée sous-pression L'entrée du moule n'est donc

pas accessible à un fil d'inoculation que l'on vou-

drait faire défiler Ce problème se pose aussi bien pour des moules pourvus d'évents (empreinte de moulage communiquant avec l atmosphère par des cheminées) que

pour des moules borgnes (empreinte de moulage dépour-

vue d évents), donc sans communication avec l'atmos-

phère). En outre, la technique de coulée ascendante

sous basse pression ne comporte pas de chenal de Cou-

lée ni de bassin en amont de l'empreinte de moulage

susceptible de recevoir un matériau inoculant.

La présente invention résout ce problème de l'inoculation au moyen d'un fil d'un moule métallique ou en sable, ou bien -partiellement métallique et partiellement en sable, dans la technique de moulage

sous basse pression.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement d'un métal liquide moulé sous basse pression, notamment pour l'inoculation de la fonte, dans lequel on moule sous basse pression et par

coulée ascendantes dans un moule présentant une em-

preinte intérieure, le métal liquide situé dans une

poche de coulée sous pression gazeuse, disposée au-

dessous -du moule, avec lequel elle communique par une cheminée de coulée ascendante raccordée manière étanche à un orifice d'alimentation du moule en métal liquide, caractérisé en ce qu'on exécute le traitement du métal liquide au moyen d'un fil suspendu à travers l'empreinte de moulage, sur une longueur supérieure à la hauteur du moule mesurée au-dessus d'un ajutage de coulée intercalé entre le sommet de la cheminée et l'orifice d'entrée du moule, de manière que la partie inférieure du fil située audessous du moule et extérieure à celui-ci soit plongée dans le métal liquide à traiter sur une longueur déterminée sensiblement dans l'axe de la cheminée, procédé dans lequel a.) dans une phase précédant la coulée,

l'extrémité inférieure du fil est située juste au-

dessus du niveau du métal liquide dans la cheminée; b) dans la phase suivante, on élève la pression gazeuse dans la poche de coulée de manière à -faire monter le niveau du métal liquide à la hauteur de l'orifice d'alimentation du moule; c) on maintient la pression et le niveau de

coulée durant le temps nécessaire au traitement du mé-

tal liquide; d) et on élève la pression dans la poche de coulée jusqu'à une valeur supérieure à la précédente afin de faire monter le métal liquide dans l'empreinte de moulage pour

remplir celle-ci.

L'invention s'applique' aussi bien à la fonte et à son inoculation qu'à d'autres métaux et

alliages comme indiqué ci-après et à d'autre traite-

ments que l'inoculation, par exemple à celui de déso-

xydation.

L'invention a également pour objet un dispo-

sitif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant une poche de coulée de métal liquide sous basse pression gazeuse, un moule présentant une empreinte intérieure de moulage, disposé au-dessus de la poche et communiquant avec celle-ci par une cheminée de

coulée ascendante, un ajutage de coulée étant inter-

posé de manière étanche entre un orifice inférieur d'alimentation du moule et l'extrémitéé supérieure de la cheminée, caractérisé en ce que le moule est percé

à sa partie supérieure d'un passage suivant l'axe ver-

tical de la cheminée de coulée ascendante, adapté pour

recevoir le fil de traitement du métal liquide et dé-

bouchant dans l'empreinte de moulage.

Suivant une autre caractéristique de lin vention, le fil provenant d'une bobine, sur laquelle il est enroulé, traverse la partie supérieure du moule

pourvue d'un orifice à cet effet et la partie infé-

rieure du moule de manière que l'extrémité inférieure du fil de traitement dépasse la face inférieure du moule sensiblement au-dessous de celle-ci, le fil de

traitement traversant ainsi le moule de part en part.

Que le moule soit en sable ou qu'il soit métallique, le fil traverse la partie supérieure du

moule par un trou de manière à déboucher dans l'em-

preinte de moulage L'étanchéité à l'air dans l'espace

annulaire entre le trou de passage et le fil est fa-

cultative. Grâce à ce procédé et à ce dispositif, et notamment lorsqu'il s'agit de l'inoculation de la fonte à l'aide d'un fil inoculant, les conditions d'inoculation homogène et d'introduction rapide de la fonte inoculée daris le moule après l'inoculation sont parfaitement remplies dans la technique de moulage sous basse pression En effet, la phase d'inoculation ne dure qu'un instant (quelques secondes) avant l'introduction de la fonte inoculée dans le moule, elle-même très rapide, mais dure cependant un temps suffisant pour la fusion complète du fil immergé dans la cheminée ou le tube de coulée ascendante, de sorte

que la fonte qui va entrer dans le moule est complète-

ment inoculée En outre, le temps d'inoculation est

contrôlable à volonté.

Dans ce procédé mis en oeuvre au moyen de ce

dispositif, ce N est pas la partie du fil d'inocula-

tion traversant l'empreinte de moulage qui est utilisée pour l'inoculation mais c'est la partie située hors du moule, au-dessous de la face inférieure

du moule, qui est utilisée pour l'inoculation.

En bref, dans la technique connue, l'inocu-

lation dans le moule dépend du système d'alimentation du moule et du débit du métal liquide à inoculer, et elle se fait en même temps que le remplissage par gravité du moule en métal liquide qui se solidifie Il en résulte une inoculation souvent incomplète et hétérogène, par manque de temps pour être pleinement réalisée. Au contraire, dans la présente invention, il

y a un temps (une phase d'inoculation) pour la disso-

lution de l'inoculant dans le métal liquide et il y a

un temps (une phase d'alimentation) pour le remplissa-

ge du moule-en métal inoculé, et ces deux temps, qui se succèdent rapidement, sont indépend-ants l'un de

l'autre et de durées aisément contrôlables.

D'autres caractéristiques et avantages

apparaîtront au cours de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés qui en

illustrent plusieurs modes de réalisation non limita-

tifs.

la Figure 1 est une vue schématique par-

tielle en coupe d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la Figure 2 est une vue schématique en coupe d'un moule borgne en sable auquel est appliquée l'invention; la Figure 3 est une vue schématique en

coupe d'un moule métallique borgne auquel est appli-

quée l'invention; les Figures 4, 5, 6, 7 et 8 sont des vues

partielles schématiques en coupe illustrant les dif-

férentes phases du procédé de coulée sous basse pres-

sion et l'inoculation suivant l'invention; les Figures 9, 10, 11, 12 et 13 sont des diagrammes schématiques illustrant les variations de pression de gaz dans la poche de coulée, en fonction du temps, et en correspondance avec les différentes phases illustrées aux Figures 4, 5, 6, 7 et 8;

les Figures 14 et 15 sont des vues par-

tielles schématiques illustrant en coupe une variante d'utilisation du fil d'inoculation; les Figures 16 et 17 sont des diagrammes schématiques correspondant aux Figures 14 et 15 pour les variations de pression dans la poche de coulée en fonction du temps; la Figure 18 est une vue en coupe analogue à la Figure 2 montrant l'application de l'invention à un moule pourvu d'évents; la Figure 19 est un diagramme des variations de pression dans la poche de coulée en fonction du temps, correspondant à la Figure 18;

la Figure 20 est une vue en coupe mon-

trant l'application de l'invention à un moule à plan de joint vertical et pourvu d un noyau;

les Figures 21 et 22 sont des microgra-

phies au grossissement 100 de pièces en -fonte à graphite sphéroldal inoculées dans le procédé de moulage sous basse pression respectivement suivant la

technique antérieure et suivant l'invention.

Suivant l'exemple d'exécution de la Figure 1, le dispositif de moulage ou de coulée sous basse pression visé par l'invention comprend une poche de coulée 1 sous pression gazeuse et un moule borgne A

appliqué sur l'ajutage de coulée de ladite poche.

La poche de coulée est par exemple de type

théière et comprend une chambre 2, presque complète-

ment fermée, et une cheminée de coulée ou tubulure de coulée 3 communiquant avec la chambre 2 par un orifice

4 situé au fond de la poche 1 Le métal liquide M con-

tenu dans la poche 1, donc à la-fois dans la chambre

2 et la cheminée ou tubulure 3, est placé sous pres-

sion gazeuse par un conduit 5 d'alimentation en gaz sous pression, par exemple de l'air ou de l'argon ou de l'azote, débouchant à la partie supérieure de la chambre 2 Ce conduit 5 peut également être relié à

une décharge ou à un échappement par un tiroir distri-

buteur non représenté L'introduction de métal liquide sous pression dans la poche 1 s'effectue par une large

ouverture à la partie supérieure de la chambre 2, cet-

te large ouverture étant obturée de manière étanche

par un couvercle 6.

Bien entendu, la poche 1 peut être remplacée par une poche traversée à peu près en son milieu par un tube de coulée ascendante, et être équipée d'un système de régulation de la pression gazeuse et du niveau N de métal liquide M dans le tube de coulée

ascendante tel que décrit au brevet FR-A-2 367 566.

La cheminée 3 d'axe XX porte à sa partie supérieure une buse 7 appelée également ajutage de

coulée, de forme tronconique Cette buse 7 est des-

tinée à recevoir l'orifice de coulée d'un moule A, par

application en contact étanche -

Le moule A, par exemple en deux parties 8 et 9 assemblées suivant un plan de joint horizontal, comporte une empreinte de moulage 10 et un orifice de coulée 11 tronconique s'ajustant de manière étanche

sur l'ajutage ou la buse 7 également tronconique.

Les deux parties de moule 8 et 9 sont main-

tenues en contact étanche, à l'encontre de la pression de métal liquide qui tendrait à ouvrir l'empreinte de moulage 10, par tous les moyens appropriés,-connus des fondeurs, par exemple par un verrouillage au moyen

de serre-joints représenté schématiquement en 12.

Le moule A est borgne en ce sens qu'il po-

; sède, pour toute ouverture, à sa partie inférieure 8 l'orifice de coulée 11 destiné à être appliqué sur la buse 7 Sa partie supérieure 9 ne possède aucune

ouverture, son plafond, c'est-à-dire la partie supé-

rieure de l'empreinte de moulage 10, étant compléte-

ment ferme Conformément à l'invention, on perfore le plafond de sa partie supérieure 9 d'un orifice 9 a de passage d'un fil métallique inoculant 13 dans l'axe XX

de l'orifice 11.

Le dispositif de l'invention est complété par un moyen d'inoculation consistant en un fil

métallique inoculant 13 amené par exemple par un dévi-

doir 14 (bobine 14).

Conformément à l'invention, le fil inoculant 13 traverse de part en part le moule A, donc l'empreinte de moulage 10, suivant l'axe XX vertical

de la cheminée ou ^tubulure de coulée 3 de la poche 1.

Le fil 13 d'inoculation traverse donc le plafond ou la

partie supérieure de l'empreinte 10 de moulage, à tra-

vers la partie 9 du moule A, se trouve suspendu à tra-

vers l'empreinte de moulage 10 et l'orifice de coulée 11, et se prolonge en suspension verticale suivant l'axe XX au-dessous du moule A, sur une certaine hauteur, à l'intérieur de la cheminée de coulée 3 Le

fil 13 s'étend ainsi sur une longueur totale L au-

dessous de la face supérieure du moule A, supérieure à la hauteur h du moule A mesurée au-dessus de la base

de l'ajutage 7.

La longueur de fil descendant au-dessous de la face inférieure de la partie inférieure 8 du moule A est telle que la longueur de fil immergeable dans le métal liquide à l'intérieur de la cheminée 3 de coulée

ascendante, corresponde à la quantité d'inoculant né-

cessaire pour inoculer le métal liquide à introduire dans l'empreinte de moulage 10 La longueur de fil immergé dans le métal liquide est repérée H sur la

Figure 1.

Lorsque le moule A est en sable (Figure 2 >, le fil d'inoculation 13 traverse le plafond de la partie supérieure 9 en prévoyant un trou d'aiguille à travers ce plafond, correspondant au diamètre du fil 13. Si le moule A est métallique (Figures 1 et 3), ou bien sa partie supérieure est traversée par un orifice 9 a de passage du fil 13 (Figure 1), ou bien sa partie supérieure comporte -un orifice 15 obturé par un bouchon 16 en sable ou autre matériau réfractaire aggloméré par un liant, et le bouchon 16 est lui-même traversé par un trou de passage 9 a pour le fil

inoculant 13 (Figure 3).

Le métal liquide M peut être de la fonte à

graphite sphéroldal ou de la fonte à graphite lamel-

laire ou'bien encore un acier à désoxyder ou encore un super alliage (c'est-à-dire un alliage austénitique contenant plus de 201 de fer, ainsi que du nickel et du chrome ou bien du nickel-, du chrome et du cobalt, ou encore un alliage qui contient moins de 201, de fer et qui est à base de nickel ou à base de cobalt) Le métal liquide M peut ençore être de l'aluminium ou un

alliage d'aluminium ou un alliage cuivreux -

Le fil d'inoculation 13 est à base d'un produit inoculant tel que le ferro-silicium (à 75 %, le reste étant un support en acier) dans le cas de la fonte à graphite sphéroidal ou fonte ductile, et dans le cas de la fonte à graphite lamellaire On peut

également employer un fil inoculant à base de ferro-

silicium dans le cas o le métal liquide M est de l'acier Le fil inoculant 13 peut être un fil d'acier 1-2 enrobé de produits inoculants ou bien un fil fourré

c'est-à-dire un élément tubulaire contenant inté-

rieurement le produit inoculant.

Pour le traitement de la fonte, le fil de traitement 13 peut être en magnésium, en alliage fer silicium-magnésium, en terres rares, en titane, en bismuth. Dans le cas o le métal liquide M à traiter (traitement de désoxydation) est de l'acier ou un

superalliage, le fil 13 peut être également en alumi-

nium, en silico-calcium, silicium, manganèse, terres rares. Dans le cas de la fonte, le fil inoculant 13 peut encore comporter, en plus du ferrosilicium, des

terres rares qui améliorent le processus de nodulari-

sation du graphite libre en favorisant l obtention de

nodules de forme rgnde, et peut contenir aussi du bis-

muth qui augmente le nombre de nodules de graphite.

Dans le cab o le métal M est de l'alumi-

nium, le fil de traitement 13 peut être du strontium,

ou du sodium.

Fonctionnement A l aide de ce dispositif, on procède au traitement d'inoculation et à la coulée de la manière suivante, en faisant varier le niveau N de fonte liquide dans la cheminée de coulée 3, au moyen d'une variation de pression gazeuse dans la chambre 2, suivant le diagramme des variations de pression du brevet FR-A-2 367 566:

1) Avant inoculation alimentation du fil 13 -

Aporoche du moule A (Figures 4 et 9) Au temps (t 2) (Figure 9), la chambre 2 de la poche de coulée 1 n'étant pas sous pression, le niveau N de la fonte M dans la cheminée 3 est bas Il est éloigné du moule A Le fil 13 est approché du moule A par

exemple à l'aide d'un dévidoir.

2) Avant inoculation: Mise en place du fil 13 d'ino-

culation (Figures 5 et 10) Au temps (t 1) (Figure 10), la chambre 2 n'est toujours pas sous pression Le niveau N reste le même qu'en 1) mais le fil 13 traverse de part en part le moule A suivant l'axe XX de la cheminée 3 et est

suspendu dans la cheminée 3 sur une longueur corres-

pondant à la quantité de fil à utiliser pour l'inocu-

lation L'extrémité inférieure du fil 13 est proche du

niveau N, au-dessus de celui-ci.

3) Phase d'inoculation sous pré-oression PO (Figures 6 et 11) Un moule A est en place sous l'ajutage de coulée 7 de la cheminée de coulée 3 comme cela est illustré à la Figure 1 Dans la chambre 2, on introduit au-dessus de la fonte liquide M une pression gazeuse jusqu'à la valeur PO dite"prépression" Cette pré-pression fait monter la fonte dans la cheminée 3 jusqu'au niveau N. c'est-à-dire juste en dessous de la partie supérieure de la cheminée 3, au plus prés de la face inférieure du moule A, c'est-àdire au plus près de l'empreinte

de moulage 10.

Le fil d'inoculation 13 est en place dans la cheminée de coulée ascendante 3, suivant son axe XX, à travers le moule A traversé de part en part, jusqu'à

une profondeur d'immersion H dans la cheminée 3, au-

dessous du niveau N La profondeur H correspond à la quantité de fil qui doit être dissous dans la fonte N en vue d'une parfaite inoculation de la fonte qui se

solidifiera ultérieurement à l'intérieur de l'-em-

preinte de moulage 10 Si la quantité d'inoculant de hauteur H est insuffisante, on peut dérouler le fil 13 de la bobine 14 jusqu'à ce que la quantité de fil 13

dissoute dans le métal liquide M soit suffisante.

On se trouve à ce stade au point a du dia-

gramme pression/temps de la Figure 11 après avoir effectue la montée Oa pour atteindre la pré-pression

PO correspondant au niveau Ni.

On maintient cette pré-pression Po pendant un temps correspondant au segmnent ou palier ab du diagramme de la Figure 11 jusqu à ce que le fil 13 immergé dans la fonte liquide M sur une hauteur H soit

complètement dissous Le temps d'inoculation sous pré-

pression Po correspondant au palier ab ne dépasse pas quelques secondes ( 2 à 3 secondes en moyenne) Ce

temps est d'ailleurs contrôlable.

4)Coulée (Figures 7 et 12): On fait monter la pression gazeuse dans la chambre 2 de la poche de coulée 1 de la pré-pression Po à la pression de coulée PC On passe ainsi du point b au point c-sur le diagramme de la Figure 12 C'est ce qui fait monter la fonte liquide M à l'intérieur de l'empreinte de moulage 10 (Figure 7) de manière à l'emplir totalement On remarque que le fil 13 a fondu dans toute sa partie précédemment immergée dans la cheminée 3, et que, lors du passage de la fonte de la cheminée 3 à la cavité de l'empreinte de moulage 10,

s'effectue un brassage de la fonte et du produit ino-

culant qui vient d'étre dissous, ce qui parfait l'ho-

mogénéité de l'inoculation.

On maintient la pression de coulée PC dans la poche 1 pendant un certain temps pour permettre la solidification de la fonte contenue à l'intérieur de l'empreinte de moulage 10 du moule A Ce maintien de la pression de coulée PC correspond au palier

supérieur cd de la Figure 12.

) Solidification de la pièce moulée et chute de Dression pour retour au niveau NI (Figures 8 et 13) > Après écoulement du temps de solidification de la pièce moulée à l'intérieur du moule A suivant le

palier supérieur précité cd (temps connu par l'expéri-

ence), on fait tomber la pression gazeuse dans la chambre 2 de la poche 1 de la valeur PC de pression de coulée à une valeur de pré-pression Pol légèrement

supérieure à la pré-pression Po de la Figure 11.

On ramène ainsi le niveau de la fonte en Ni dans la cheminée ascendante 3, malgré la baisse de niveau dans la chambre 2 non représentée, par suite de la consommation d'une certaine quantité de fonte à l'intérieur de l'empreinte de moulage 10 C'est cette

consommation qui nécessite une pré-pression Pol supé-

rieure à la pré-pression PO Sur le diagramme de la

Figure 13, cette chute de pression correspond au seg-

ment descendant de qui sera suivi d'-un palier ef à la pression Pol pendant le temps d'évacuation du moule A qui vient d'être coulé et l'amenée d'un nouveau moule

A à emplir.

Ainsi s'achève le cycle de variations de X

pression/temps O a b c e d f.

Lorsq Que la fonte est solidifiée à l'inté-

rieur de l'empreinte de moulage 10, après retour de l'excédent de fonte liquide dans la cheminée 3, par retombée, le fil 13 d'inoculation se trouve en partie fondu, en partie noyé à l'état solide dans la pièce solidifiée De toute façon, lors de l'évacuation du moule A qui vient d'être coulé, le fil 13 peut être coupé au ras de la face supérieure du moule A avant l'évacuation cependant que lors du démoulage de la pièce moulée, le fil d'inoculation 13 qui pourrait éventuellement être en protubérance par rapport à la paroi extérieure de la pièce moulée pourra être

également coupé au ras de celle-ci.

Résultat d'inoculation ( Figures 21 et 22).

Si l'on fait une micrographie de la pièce moulée ainsi coulée et inoculée (Figure 22) on constate la présence de nodules de graphite en répartition extrêmement régulière, ce qui prouve que la graphitisation a été uniforme grâce à l'inoculation

totale dans la cheminée de coulée 3 (Figures 6 et 11).

grâce à l'introduction de la fonte ainsi inoculée en un temps très court après l'inoculation (Figure 7 et 12) donc sans risque de perdre cet effet d'inoculation de durée éphémère dans la fonte liquide, et grâce à l'effet de brassage entre fonte et produit inoculant dissous, lors de l'entrée de la fonte dans l'empreinte Sur cette structure ferritique, la densité en nodules de graphite est élevée, et les nodules ont une taille régulière Cette densité et cette régularité confèrent une grande homogénéité à la structure de la

pièce moulée.

A titre comparatif, si l'on examine une

micrographie d'une pièce en fonte à graphite sphé-

roidal coulée par le même procédé de moulage sous basse pression mais inoculée par un procédé de type connu antérieur, consistant par exemple à introduire 1 inoculant en poudre (par exemple de la poudre de ferrosilicium) à l'intérieur de l'empreinte de moulage (Figure 21), on constate-certes l'existence de

nodules de graphite sur cette structure ferrito-

perlitique à moins de 107 de perlite Mais leur répartition et leur taille sont beaucoup plus irrégulières que dans la micrographie de la Figure 22, en raison de l'hérogénéité du mélange de la fonte liquide et de la poudreinoculante à l'intérieur de l'empreinte de moulage 10, en l'absence de brassage et en l'absence de moyens pour répartir régulièrement cette poudre à l'intérieur de l'empreinte 10 Il est à noter que les micrographies des Figures 21 et 22 correspondent à des zones de même épaisseur supérieure

à 5 mm.

On remarque encore la faible proportion de perlite, inférieure à 1 OX, dans la structure de l'invention (Figure 22) En ce qui concerne la teneur en perlite, dans le cas (qui n'est pas celui des Figure 21 et 22) o les conditions de refroidissement de la pièce moulée amèneraient l'obtention d'une structure perlitique à l'état brut de coulée, alors que la technique antérieure connue d'inoculation n'aurait aucun effet sur cette tendance normale à l'obtention d'une structure perlitique, au contraire le procédé d'inoculation de l'invention permettrait d'abaisser le pourcentage de perlite obtenue à l'état

brut de coulée.

Variantes: En phase d'inoculation, avant le remplissage de l'empreinte de moulage 10, on peut, si besoin est, c'est-à-dire si la quantité d'inoculant déjà dissoute est insuffisante, introduire une longueur supplémentaire de fil 13 dans la colonne de fonte liquide contenue dans la cheminée 3, donc faire

* descendre une longueur supplémentaire de fil 13.

Anrès inoculation, au lieu de laisser le fil 13 immobile dans le moule A de sorte qu'il se trouve noyé dans la fonte emplissant la cavité 10 de

moulage (Figure 7 et 8), on retire le fil d'inocula-

tion 13 avant que la fonte liquide M n'emplisse la

cavité de moulage 10 (Figures 14 et 15).

Suivant les Figures 14 et 16, on retire le fil 13 au fur et à mesure de la montée du niveau M dans la cavité 10, en gardant l'extrémité inférieure du fil 13 hors de la fonte liquide M Le niveau N 2 illustré correspond à un point bl d'une pression Pbl sur le diagramme de montée en pression (Figure 161 de la chambre 2 Après solidification de la fonte introduite dans la cavité 10 (Figure 15 et 17) le fil 13 se trouve hors du moule A au plus près de celui-ci, prêt à être réutilisé pour l'inoculation suivante Le niveau NI est retombé juste au-dessous du moule A sous la pression PO 1 {la Figure 17 est la même que la Figure 13) Mais le fil 13 n'est pas noyé dans la pièce moulée et il n'est pas nécessaire de le

couper, ce qui est un gain de temps.

En variante encore, on peut retirer le fil 13 du moule A avant même le début de remplissage du moule-A. Moule à évents (Figures 18 et 19) Si un moule B comporte des évents 17 traversant sa partie supérieure 9 et reliant la cavité à l'atmosphère, et notamment un évent 17 dans l'axe XX de l'orifice lia d'alimentation en fonte liquide, le fil 13 traverse facilement le moule B en passant par l'évent axial 17 On procède alors à la montée en pression de la manière suivante, dans la poche de coulée, après inoculation, pour le remplissage de la cavité 10 (Figure 19): Le point b du diagramme de la Figure 19 représente la situation en pression et en temps après l'inoculation et juste avant le remplissage du moule B. Le segment ascendant bc illustre une montée en pression dans la chambre 2 de la poche 1 pour introduire la fonte liquide dans la cavité 10 jusqu'à 19. la face supérieure du moule B Le palier ccl illustre le maintien de cette pression jusqu'à ce que la fonte se solidifie dans les évents 17, ce qui transforme le moule B en un moule borgne Cette solidification est

rapide Le palier ccl est donc très court.

Le segment ascendant cl-c 2 i J Ilustr e une montée en pression supérieure dans la chambre 2 de la poche 1 pour introduire dans la cavité 10 de moulage un supplément de fonte chaude et compenser ainsi le retrait et les retassures éventuelles qui sont alors comblées. Le reste du diagramme de la Figure 19: palier c 2 d-segment descendant de et court palier ef,

est identique au parcours cdef de la Figure 13.

Moule vertical à noyau (Figure 20) Enfin, à la Figure, 20 est illustrée l'application de l'invention à un moule C à plan de joint vertical dont la trace se confond avec l'axe XX, à empreinte de moulage 18 et à noyau 19 admettant l'axe XX comme axe de symétrie Le moule C, par exemple celui d'une tubulure pour moteur automobile, est en deux parties 20 et 21 symétriques par rapport à l'axe XX et par rapport au plan de joint vertical Les

deux parties:20 et 21 sont serrées l'une contre l'au-

tre, par exemple par deux plateaux de presse 22, 23.

Le noyau 19 est par exemple suspendu dans la cavité 18

de moulage par une portée supérieure 24.

Comme dans les exemples précédents, le moule C comporte un orifice axial de coulée 11 b sur sa face inférieure Sur l'orifice llb, vient s'appliquer

l'ajutage 7 de la poche de coulée 1.

Le noyau 19, par exemple en sable de moulage, est traversé de part en part par le fil d'inoculation 13 qui descend suivant 1 axe XX de la cheminée 3 de coulée Pour faciliter le passage du fil 13, le noyau 19 est avantageusement traversé de part

en part d'un conduit -de passage 25 dans-l axe XX.

Comme précédemment, la partie utile du fil 13 pour l'inoculation n'est pas celle qui traverse le moule C, c'est-à-dire le noyau 19, mais celle qui, au-dessous du moule C, est immergée dans la fonte M contenue dans la cheminée 3, avant introduction de la fonte dans la

cavité annulaire de moulage 18.

L inoculation puis le remplissage du moule ont lieu comme précédemment On peut laisser le fil 13 prisonnier de la fonte solidifiée au moins à la partie inférieure du moule C ou bien retirer le fil 13 au fur et à mesure de la montée de la fonte dans le moule C ou bien avant même le début du remplissage du moule C. Avantages du procédé et du dispositif de l'invention Grâce à l'insertion d'une certaine hauteur H de fil 13 d'inoculation dans la cheminée de coulée ascendante 3 pendant un certain temps représenté par

le palier de pré-pression ab (Figures 6 et 11), on ob-

tient une dissolution totale du produit inoculant dans

la fonte M qui sera introduite dans le moule.

L'effet de brassage de la fonte et du pro-

duit inoculant dissous, lors du trasnfert de la fonte inoculée de la cheminée 3 à la cavité de l'empreinte de moulage 10, assure une excellente homogénéité de l'inoculation dans la masse de fonte emplissant

l'empreinte 10.

Grâce au déroulement du fil d'inoculation 13 d'un dévidoir 14, on peut continuer de faire descendre le fil 13 dans la cheminée 3 au fur et à mesure de sa fusion, pour le cas o le segment de fil 1-3 de hauteur H ne serait pas quantitativement suffisant pour inoc ler toute la fonte destinée à être introduite dans

l'empreinte de moulage 10.

On peut ainsi contrôler avec précision la

quantité d'inoculant utilisé.

L'inoculation de la fonte M pendant la phase de pré-pression Oab (Figures 6 et 11), c'est-à-dire dans la cheminée 3, en amont de l'empreinte de moulage

permet de contrôler à volonté le temps d'inocula-

tion Ce temps débute lors de l'immersion du fil 13 et se termine lorsque l'on constate la dissolution complète du fil 13 dans la fonte M. Grâce à l'immersion du fil 13 dans la cheminée 3 de section cylindrique constante, quel que

soit le volume de l'empreinte de moulage 10, l'inocu-

lation par unité de volume est constante, et la qualité de l'inoculation est invariable et répétitive, quels que soient le volume et la forme de l'empreinte

de moulage 10.

Ce procédé d'inoculation combiné avec le procédé de coulée ascendante sous basse pression permet d'introduire rapidement la fonte inoculée dans l'empreinte de moulage 10 (Figure 15) sans perte de temps après l'inoculation et sans avoir un trajet ou parcours important à accomplir, de sorte que l'on est certain de ne pas perdre l'effet d'inoculation de la fonte liquide qui, comme on le sait, est de durée éphémère. L'inoculation conforme à l'invention permet encore d'abaisser la proportion de perlite dans la structure de la pièce moulée, ce-qui est avantageux pour la fabrication de pièces tubulaires pour moteurs

d' automobiles.

Le procédé et son dispositif de mise en oeuvre rendent possible la fabrication des pièces moulées en grande série et à haute cadence avec un minimum de temps pour l'inoculation En effet, le temps d'inoculation qui correspond au tronçon Oab de pré-pression de la Figure -11 est celui de la fusion d'une certaine longueur de fil inoculant 13 dans la cheminée 3, lorsque le moule est déjà en place et en contact étanche avec l'ajutage de coulée 7 de la

cheminée 3.

Ce procédé étant fondé sur l'inoculation de la seule masse de fonte liquide (ou le traitement de la seule masse de métal liquide) contenue dans la cheminée 3 et destinée à être introduite dans le moule A.B,C il est applicable à des pièces moulées d'une

masse de quelques kilogrammes (par-exemple de 4 kg).

Ainsi, on coulera, après un tel traitement d'inocula-

tion, par exemple des collecteurs tubulaires

d'échappement de m Tteurs d'automobiles.

Ce procédé d'inoculation et de coulée permet d'inoculer de matière uniforme des pièces minces ainsi que des pièces de formes compliquées, tout en assurant une parfaite uniformité de graphitisation résultant de

l'uniformité de l'inoculation puisque le mode d'inocu-

lation de la cheminée 3 est indépendant de la forme de la pièce moulée et du débit d'alimentation du moule en

métal liquide.

Si l'on n'apporte pas le fil d'inoculation 13 de manière continue à partir d'une bobine ou d'un dévidoir 14, ou si l'on ne dispose pas d'un moule métallique A pourvu d'un bouchon réfractaire 1 s susceptible d'être traversé par le fil 13, on peut

suspendre le fil métallique 13 au plafond de l'em-

preinte de moulage 10, par exemple en donnant à l'extrémité supérieure du fil 13 la forme d'un crochet

et en prévoyant un petit anneau au plafond de l'em-

preinte de moulage métallique, l'anneau et le crochet devant être noyés dans l'empreinte de moulage après

solidification de la fonte.

Dans ce cas bien entendu, le fil d'inocula-

tion doit se prolonger bien en-dessous de la face inférieure du moule A afin d'être immergé dans la cheminée 3 de coulée ascendante, comme cela est

illustré à la Figure 1.

Bien entendu, un fil ainsi suspendu peut être utilisé avec un moule borgne en sable A La seule

différence avec le moule métallique est que l'extré-

mité supérieure du fil d'inoculation 13 pourra être accrochée et retenue sur la face supérieure du moule, par exemple en s'élargissant sous forme d'une boucle plane dans un plan horizontal prenant appui sur ladite face supérieure, après traversée du plafond de

l'empreinte de moulage par le fil 13.

Claims

REVENDICATIONS I Procédé de traitement d un métal liquide (id) moulé sous basse pression, notamment pour l'inocu- lation de la fonte, dans lequel on moule sous basse pression et par coulée ascendante dans un moule {A, B. C) présentant une empreinte intérieure 10), le métal liquide situé dans une poche de coulée ( 1) sous pression gazeuse, disposée au-dessous du moule IA, B. C), avec lequel elle communique par une cheminée ( 3) de coulée ascendante raccordée de manière étanche à un orifice ( 11, 11 a, 11 b) d'alimentation du moule <A, B. C) en métal:liquide <M), caractérisé en ce qu'on exécute le traitement -du métal liquide (Ml au moyen d'un fil ( 13) suspendu à travers l'empreinte de moulage ( 10, 18), sur une longueur IL) supérieure à la hauteur (h) du moule (A, B, C) mesurée au-dessus d'un ajutage ( 7) de coulée intercalé entre le sommet de la cheminée ( 3) et l'orifice d'entrée ( 11) du moule (A,- B, C), de manière que la partie inférieure du fil ( 13) située au-dessous du moule (A, B, C) et extérieure à celui-ci soit plongée dans le métal liquide (M) à traiter sur une longueur déterminée 1 H) sensiblement dans l'axe (XX)de la cheminée ( 3), procédé dans lequel a) dans une phase précédant la coulée, l'extrémité inférieure du fil < 13) est située juste au-dessus du niveau (N) du métal liquide IM) dans la cheminée ( 3); b) dans la phase suivante, on élève la pression gazeuse dans la poche de coulée ( 1) de manière à faire monter le niveau du métal liquide (M) à la hauteur (N 1) de l'orifice 1 il) d'alimentation du moule (A, B, C); c) on maintient la pression et le niveau (Ni) de coulée durant le temps nécessaire au traitement du métal liquide; d) et on élève la pression dans la poche de coulée ( 1) jusqu'à une valeur (Pc) supérieure à la précédente (Po) afin de faire monter le métal liquide CM) dans l'empreinte de moulage ( 10, 18) pour remplir celle-ci.

2 Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'on fait traverser le plafond du moule (A, 8) par le fil de traitement ( 13) en prévoyant à cet effet dans ce plafond un orifice de passage ( 9 a) suivant l'axe (XX) de la cheminée ( 3) de coulée ascendante.
3 Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'après dissolution d'une certaine lon-

gueur de fil ( 13) dans la colonne de métal liquide (M) contenue dans la cheminée ( 3) et avant le remplissage du moule (A, B -C), on introduit une longueur supplémentaire de fil ( 13) dans la colonne de métal

liquide (M).
4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on suspend le fil ( 13) de traitement à la partie supérieure du-moule (A, B, C) en utilisant celle-ci comme support de l'extrémité supérieure d-u fil ( 13) et en faisant dépasser le fil ( 13) au-dessous de la face inférieure du moule (A, B, C). Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que le fil ( 13) est accroché au-

plafond de l'empreinte de moulage ( 10, 18) du moule métallique (A, B, C) et se prolonge au-dessous de la face inférieure du moule, la partie du fil hors de l'empreinte de moulage ( 10, 18) étant celle utile au traitement. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil ( 13) prend appui sur la face supérieure du moule (A) en sable par une boucle élargie dans un plan horizontal, après avoir traversé la partie supérieure du moule, et il traverse la face

inférieure du moule.
7 Dispositif pour la mise en oeuvre du

procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

6, comprenant une poche de coulée ( 1) de métal liquide (M) sous basse pression gazeuse, un moule (A, 8, C) présentant une empreinte intérieure ( 10, 18) de moulage, disposé au-dessus de la poche (M) et communiquant avec celle-ci par une cheminée ( 3) de coulée ascendante, un ajutage ( 7) de coulée étant interposé de manière étanche entre un orifice inférieur ( 11) dc'alimentation du moule (A, B, C) et l'extrémité supérieure de la cheminée ( 3), caractérisé en ce que le moule (A, B, C) est percé à sa partie

supérieure d'un passage ( 9 a, 25) suivant I'axe ver-

tical (XX) de la cheminée ( 3) de coulée ascendante, adapté pour recevoir le fil ( 13) de traitement du métal liquide (M) et débouchant dans l'empreinte de

moulage 10, 18).
8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le passage ( 9 a) pour le fil de traitement ( 13) est ménagé dans un bouchon ( 16) d'obturation 'd'une ouverture ( 15) pratiquée dans la partie supérieure du moule (A) 3 9 Dispositif selon la revendication 7, comprenant un moule (C) à plan de joint vertical contenant l'axe (XX) de la cheminée ( 3) de coulée et un noyau ( 19) suspendu dans la cavité intérieure ( 18) de moulage, caractérisé en ce que le noyau ( 19) est percé axialement d'un conduit de passage ( 25) destiné

recevoir le fil ( 13) de traitement.

Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est pourvu de moyens d'alimentation en fil ( 13) de traitement, par exemple un dévidoir ( 14) constitué d'une bobine placée

au-dessus du moule (A, B, C) et sur laquelle est en-

roulé le fil-( 13).