FR2658745A1 - Procede et dispositif de moulage d'un alliage metallique. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de moulage d'un alliage métallique, dans lequel on chauffe ledit alliage dans au moins un creuset (10) pour l'amener à une température supérieure à sa température de solidus. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à compacter, par centrifugation, l'alliage dans ledit creuset (10) puis à réaliser, sous centrifugation, dans ledit creuset (10), une trempe de celui-ci.

Description

La présente invention concerne un procédé et un appareillage permettant de réaliser le moulage d'un alliage métallique, et notamment d'un alliage métallique à l'état thixotropique.

On sait qu'au cours d'une opération de coulée d'un alliage, lorsque l'alliage liquide passe à l'état solide, il apparaît, dans celui-ci, un retrait qui provoque des porosités, des retassures, et des fissurations de la pièce moulée. Une des techniques utilisées pour éviter ce type d'inconvénients consiste à réaliser, par brassage mécanique de l'alliage métallique en fusion, une suspension à l'état thixotropique, et à couler ce métal mi-liquide mi-solide ainsi obtenu, par un procédé de coulée, soit sous pression, soit sous centrifugation.

En faisant appel au procédé de coulée sous pression, on réalise des lingots de métal, qui sont ensuite réchauffés avant utilisation dans une plage de température située entre le liquidus et le solidus de l'alliage, que l'on soumet à un forgeage ou que l'on moule sous pression, au moyen d'un piston actionné par un vérin. L'inconvénient majeur d'un tel procédé réside dans le fait que les lingots obtenus comportent des porosités gênantes qui entraînent également des porosités dans les pièces obtenues par coulée sous pression de ces mêmes lingots préalablement préchauffés.

D'autre part, un tel procédé de préparation de lingots est très difficile à mettre en oeuvre sous vide, ou sous atmosphère contrôlée, et ne peut donc pas être utilisé dans le cas d'alliages, tels que le magnésium, dont la température d'inflammation est voisine de la température d'injection, en raison des risques d'inflammation spontanée, en cours du moulage, qu'ils représentent.

Pour éviter ce type d'inconvénients on a fait appel, ainsi qu'exposé dans le brevet français n02 521 465 au nom de la demanderesse, à un procédé de moulage d'un alliage métallique amené à l'état thixotropique par brassage, dans lequel on transfère l'alliage du creuset où on a réalisé la fusion, à un moule, sous l'effet de la force centrifuge produite par la rotation du creuset et du moule.

Si un tel procédé se prête particulièrement bien au moulage de pièces d'alliages métalliques, il est plus difficile à mettre en oeuvre lorsque l'on souhaite rajouter à cet alliage métallique des charges telles que- des poudres céramiques, des fibres ou des copeaux métalliques, notamment dans le cas de pièces de formes complexes, en raison de l'augmentation de la viscosité du mélange résultant de ces ajouts.

La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif permettant la coulée d'alliages thixotropiques métalliques composites, c'est-à-dire d'alliages métalliques comportant un pourcentage important de poudres, de particules ou de fibres, qui soient exempts de porosités ou de retassures et qui puissent être mis en oeuvre sous vide ou sous atmosphère contrôlée.

La présente invention a ainsi pour objet un procédé de moulage d'un alliage métallique, dans lequel on chauffe ledit alliage dans au moins un creuset pour l'amener à une température supérieure à sa température de solidus, caractérisé en ce qu'il consiste à compacter, par centrifugation, l'alliage dans ledit creuset puis à réaliser, sous centrifugation, dans ledit creuset, une trempe de celuici.

Ainsi le procédé suivant l'invention permet de réaliser la coulée d'alliages métalliques sans transvasement de métal en fusion, à l'état liquide ou à l'état pâteux d'un récipient à un autre, puisque le moulage s'effectue à l'intérieur du creuset.

Dans le procédé et le dispositif suivant l'invention, l'alliage reste dans le creuset tout au long de l'opération à savoir du chauffage de l'alliage jusqu'à son moulage et à son refroidissement, et il n'y a donc pas de transfert de l'alliage thixotropique, à l'état pâteux hors du creuset comme c'est habituellement le cas dans les procédés de moulage d'alliages thixotropiques de la technique antérieure.

On peut ainsi obtenir une meilleure compacité de l'alliage thixotropique produit, ce qui permet de cette façon d'obtenir un alliage dont les qualités de thixotropie ne sont pas modifiées par l'écoulement de cet alliage lorsqu'il quitte le creuset pour s'écouler dans un moule.

Dans une variante intéressante, le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre sous vide ou atmosphère contrôlée, ce qui permet de réaliser la coulée des alliages métalliques dont la température d'inflammation est proche de leur température de fusion, tels que le magnésium. I1 permet en outre de charger ces alliages de particules, de fibres ou de copeaux, et permet également de réaliser facilement une infiltration de préformes grâce à la force centrifuge, c'està-dire le remplissage de vides existant en des éléments pleins d'une matrice, avec l'alliage thixotropique. Le présent procédé permet également de récupérer les copeaux de magnésium pour en faire des lingots réutilisables.

La présente invention a également pour but un dispositif permettant d'ajouter, sous vide ou sous atmosphère contrôlée, différentes charges, à l'alliage métallique à l'état thixotropique permettant d'améliorer les caractéristiques mécaniques de celui-ci.

On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel
La figure 1 est une vue partielle en perspective d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.

Les figures 2a et 2b sont des vues de détail respectivement en perspective et en vue de dessous d'un agitateur mis en oeuvre dans le procédé et le dispositif suivant l'invention.

La figure 2c est une vue de détail en perpective d'une variante d'un agitateur mis en oeuvre dans le procédé et le dispositif suivant l'invention.

La figure 3 est une vue en perspective d'un creuset mis en oeuvre dans le procédé et le dispositif suivant l'invention.

Les figures 4a à 4c représentent en élévation, sous forme schématique, les différentes phases de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.

Les figures 5a à 5c sont des graphiques représentant respectivement, en fonction du temps, la température de l'alliage, la vitesse de l'agitateur et le couple moteur de l'agitateur.

La figure 6 est une vue partielle schématique en perspective d'une variante de mise en oeuvre du dispositif suivant l'invention.

La figure 7 est une vue schématique en coupe verticale d'une variante de mise en oeuvre du dispositif suivant l'invention permettant d'effectuer des ajouts à l'alliage, sous vide ou sous atmosphère contrôlée.

La figure 8 est une vue en perspective d'une autre variante de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, permettant de réaliser une trempe en cours de centrifugation.

La figure 9 est une vue de dessus d'une variante du dispositif de la figure 1.

La figure 10 est une vue schématique en coupe verticale d'une variante du procédé et du dispositif suivant l'invention.

La figure 11 est une vue en perspective avec coupe partielle d'un creuset mis en oeuvre dans le procédé et le dispositif suivant l'invention.

La figure 12 est une vue en coupe verticale partielle d'une variante de mise en oeuvre de la présente invention.

Sur la figure 1 le dispositif de coulée utilisé pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est composé d'une platine horizontale 2 solidaire d'un axe vertical 4, relié à des moyens d'entraînement en rotation, non représentés sur le dessin. Les extrémités de la platine 2 sont creusées de logements 6, ouverts sur l'extérieur, à l'intérieur desquels prennent place des creusets cylindriques 10. Les creusets 10 comportent des broches radiales externes 11 prenant place dans des rainures transversales correspondantes de la platine 2. Les extrémités des broches 11 sont bloquées contre une sortie éventuelle de la platine 2 par des éléments de verrouillage 12 autorisant une libre rotation des creusets 10 autour des broches 11. Le centre de gravité des creusets 10 se situe au-dessous des broches, de sorte que, en position de repos, l'axe longitudinal z,z' des creusets est vertical.Le chauffage de chacun des creusets 10 est réalisé par induction, et un enroulement inducteur 7, dont les deux extrémités 13a et 13b sont réunies, par des moyens non représentés sur le dessin, à un générateur de courant, est monté mobile verticalement, suivant l'axe longitudinal z,z' du creuset 10, par exemple à l'aide de moyens d'actionnement pneumatiques, de façon à pouvoir etre positionné autour du creuset, pour assurer le chauffage de celui-ci, et à etre éloigné du creuset lorsque le chauffage est terminé. Bien entendu, dans une variante de l'invention, on peut réaliser le chauffage au moyen d'une résistance électrique, disposée de la meme façon autour de chacun des creusets 10.

Les creusets 10 sont pourvus de moyens 26 permettant de mesurer la température de l'alliage à l'intérieur de ceuxci. Ces moyens 26 sont constitués essentiellement d'une sonde de température disposée à l'intérieur de chacun des creusets 10, ou dans un logement prévu dans la paroi de celui-ci.

Un agitateur 30 est monté mobile en translation suivant l'axe longitudinal et vertical z,z' de chaque creuset 10 de façon à permettre son positionnement à l'intérieur du creuset pour réaliser l'agitation de l'alliage une fois celui-ci porté à l'état liquide, et être ensuite retiré du creuset pour permettre la centrifugation. Comme précédemment, la mise en place et le retrait de l'agitateur 30 peuvent être réalisés pas des moyens pneumatiques de type connu.

Comme représenté sur la figure 2c l'agitateur 30 peut etre constitué d'une tige verticale 29, fixée à des moyens d'entraînement en rotation, non représentés sur le dessin, prolongée à sa partie inférieure par une palette 31 en forme de secteur, cette palette 31 étant creusée de trois rainures transversales 40. De préférence la partie inférieure 32 de la palette 31 est d'une forme lui permettant d'épouser le fond du creuset 10 de façon à lui permettre de réaliser un brassage des produits résidant au fond du creuset sans qu'il y ait de zones mortes. Le profil en forme de secteur de l'agitateur permet de ne pas entraîner de métal à l'état pâteux lors de sa remontée en fin de brassage.

De façon intéressante, et comme représenté sur les figures 2a et 2b, l'agitateur 30 peut être constitué d'un rotor de forme sensiblement cylindrique, terminé à sa partie inférieure par une portion 35 semi-sphérique complémentaire de celle du fond du creuset 3. Cet agitateur 30 comporte des rainures verticales 37 réalisées suivant les génératrices de la partie cylindrique, qui lui confèrent une section (figure 2b) similaire à celle d'un outil de fraisage, et qui lui permettent de réaliser un brassage optimum de l'alliage contenu dans le creuset 10.De plus, lorsque l'on souhaite rajouter à l'alliage métallique fondu dans le creuset, un faible pourcentage de graphite, on utilise un agitateur en graphite, qui, sous l'effet de la rotation, cède à l'alliage métallique sa propre matière à savoir de fines particules de graphite, qui se retrouvent ainsi dans la phase liquide secondaire entourant les globules solides primaires de celuici. Cet ajout permet de préparer des pièces ayant de bonnes propriétés de frottement et une plus grande légèreté.

Suivant l'invention on peut utiliser deux creusets 10 identiques de façon que la rotation de la platine 26 entraînée par l'axe vertical 4 se fasse sans générer de balourd. Bien évidemment, dans l'hypothèse ou l'on souhaiterait ne mettre en oeuvre qu'un seul creuset 10, l'équilibrage du dispositif serait assuré par un contrepoids de valeur identique à celui du creuset 10 et de l'alliage disposé à l'intérieur de celui-ci, de façon à éviter la formation dudit balourd.

Le moulage, pouvant se faire directement dans le creuset 10 on donnera bien entendu aux parois et au fond de celui-ci la forme de l'objet ou du lingot que l'on désire mouler.

De préférence, et de façon à faciliter le démoulage, les parois du creuset 10 seront alors pourvues d'une dépouille de l'ordre de 1%. Le creuset 10 est constitué d'un matériau qui est d'une part bon conducteur de la chaleur, de façon à faciliter les échanges thermiques, et d'autre part compatible avec l'alliage métallique que l'on souhaite mouler. Ainsi par exemple, dans le cas du moulage d'alliages de magnésium par le procédé suivant l'invention, on utilisera un creuset en acier et dans le cas du moulage de certains autres alliages on pourra faire appel à un creuset en céramique.

Dans une variante représentée sur la figure 3, le creuset 10 peut comporter des cannelures verticales 50, pourvues d'une dépouille favorisant le démoulage, ces cannelures étant destinées à améliorer le cisaillement du métal à l'état pâteux, en cours d'agitation de celui-ci, ce qui permet d'améliorer de façon notable l'efficacité de l'agitation.

La présente invention permet de préparer des alliages sous forme thixotropique qui, auparavant, avaient tendance à s'enflammer spontanément lorsqu'ils atteignaient la température de fusion, tels que notamment les alliages à base de magnésium. En effet les opérations d'agitation, de centrifugation et de coulée de l'alliage, et même éventuellement celles consistant à introduire dans l'alliage en fusion tel ou tel adjuvant destiné à lui conférer des propriétés spécifiques, peuvent être effectuées sous vide ou sous atmosphère contrôlée.

Pour cela, et comme montré sur la figure 6, le dispositif précédemment décrit est disposé dans une enceinte 40, pourvue d'un couvercle 41, que l'on peut porter, soit sous vide, soit sous atmosphère contrôlée. Pour cela le centre de la base de l'enceinte 40 comporte un manchon d'étanchéité 42 vertical permettant le passage étanche de l'axe vertical 4 assurant l'entraînement en rotation de l'équipage de centrifugation. De plus, on dispose à l'intérieur de l'enceinte 40 l'élément inducteur 7. Dans cette forme de réalisation l'agitateur est solidaire en translation d'une platine 43 montée à coulissement vertical sur deux guides longitudinaux 44 solidaires du couvercle 41 de l'enceinte 40. Un soufflet 45 assure l'étanchéité entre la platine 43 supportant l'agitateur 30, et la face supérieure du couvercle 41. De même l'enroulement inducteur 7 assurant le chauffage du/des creuset(s) est monté de façon étanche sur l'enceinte 40. L'enceinte 40 comporte également une première vanne 46 réunie à une pompe à vide permettant de faire le vide dans l'enceinte 40, et une seconde vanne 48 reliée à une source de gaz permettant d'injecter dans l'enceinte 40 le gaz constituant l'atmosphère sous laquelle on souhaite réaliser la coulée, et qui est fonction de la nature de l'alliage que l'on souhaite mouler. Ainsi, dans le cas d'un alliage de magnésium de type GA9Z5, c'est-à-dire un alliage de magnésium comportant 9% d'aluminium et 5% de zinc, on a utilisé une atmosphère contrôlée, constituée de gaz argon contenant de 0,02 à 0,4% d'hexafluorure de soufre et environ 50% de gaz carbonique.

Dans une variante intéressante de l'invention (représentée sur la figure 8) le gaz peut être amené par une canalisation disposée longitudinalement dans l'axe vertical 22 d'entraînement en rotation, puis conduit à proximité de la zone dans laquelle se trouve le creuset 10 par un tuyau 61.

Le procédé de moulage suivant l'invention est illustré par les dessins schématiques des figures 4a à 4c et les diagrammes des figures 5a à 5c. Ces derniers représentent, en fonction du temps, respectivement, les variations de la température de l'alliage métallique contenu dans le creuset, la vitesse de rotation de l'agitateur 30, effectuant le brassage de l'alliage métallique fondu, et le couple de rotation appliqué à celui-ci.

Suivant le procédé de l'invention, après avoir disposé dans le creuset 10 les différents éléments constituant l'alliage métallique souhaité, à savoir dans le cas présent l'alliage de magnésium de type GA9Z5, et après avoir refermé le couvercle de l'enceinte 40 on fait le vide dans celle-ci, par aspiration au travers de la vanne 46, puis on injecte, par la vanne 48 le gaz constituant l'atmosphère contrôlée que l'on souhaite utiliser. On dispose ensuite, comme montré sur la figure 4a, les moyens de chauffage, constitués de l'enroulement inducteur 7, autour du creuset 10, en remontant ceux-ci vers le haut, et on règle le chauffage à une température de consigne Tb, dans le cas présent de 7680C, c'est-à-dire une température se situant au dessus du liquidus de l'alliage.On constate, qu'au bout d'environ 3 minutes la température de l'alliage diminue pour passer, au point A, au temps a par un minimum de température
Ta et atteindre le point B, au temps d, correspondant à la température de consigne Tb de 7680C réglée sur les moyens de chauffage. Le minimum de température Ta atteint au temps a représente la réaction endothermique correspondant à la fusion des éléments solides de l'alliage, et on est alors certain qu'au temps b, correspondant au point B de la courbe
Sa, tous les éléments solides sont fondus et que l'on peut dès lors commencer à mettre en oeuvre l'opération d'agitation de l'alliage liquide, à une vitesse de rotation Vb de 72 tours par minute, dans l'exemple de l'alliage GA9Z5 présentement choisi, à laquelle correspond un couple moteur
Cb.On règle alors, au temps b, le chauffage sur une température de consigne Tc, voisine de Tb et inférieure à celle-ci, à savoir 7200C dans l'exemple choisi.

Le brassage initial réalisé à vitesse lente, permet d'éviter, dans le cas d'alliages dont la température d'inflammation est voisine de la température de fusion, une inflammation de l'alliage. Au temps c on règle alors la température de consigne sur une valeur Tg, 5450C dans le cas présent, et on fait alors tourner l'agitateur 30 à plus grande vitesse, environ 750 tours par minute, et on laisse le système, sous agitation, se refroidir jusqu'à la température de consigne Tg. On constate, sur la courbe 5c, représentant le couple moteur de l'agitateur 30 en fonction du temps, qu'au cours de ce refroidissement le couple moteur C de l'agitateur, qui a d'abord légèrement diminué, augmente ensuite, ce qui correspond à l'apparition, en cours de refroidissement, des premières particules solides. Puis le couple diminue ensuite, ce qui correspond à l'apparition de l'effet thixotropique.Celui-ci est atteint à un temps q d'environ 13 minutes, dans le cas de l'alliage pris comme exemple.

Le refroidissement de l'alliage se réalise dans le domaine liquide, sous agitation, à une vitesse linéaire donnée, voisine dans le présent exemple de 720C/mn, entre le temps c et le temps d, puis se poursuit dans le domaine pâteux où des dendrites dégénérées commencent à se former, jusqu'au temps 1 où la température de consigne Tg est atteinte.

On a constaté que la vitesse du refroidissement, subi par l'alliage, à l'état pâteux, c'est-à-dire entre les temps d et 1 permet d'influer sur la grosseur des particules formées au cours de ce refroidissement. Ainsi, si l'on souhaite des particules fines on applique à l'alliage un refroidissement rapide de l'ordre de, par exemple, 210C par minute, alors que si l'on souhaite des particules plus grosses on applique à l'alliage un refroidissement plus lent de l'ordre, par exemple, de 100C par minute, voire beaucoup moins.

On retire ensuite l'enroulement inducteur 7 et l'agitateur 30, puis on met en rotation l'arbre 22 à une vitesse de 1000 tours par minute, dans le cas du présent exemple, ce qui a pour effet d'entraîner, sous l'action de la force centrifuge, le basculement des creusets 10 dont les axes longitudinaux zz' se trouvent ainsi en position quasihorizontale. On applique cette rotation, de façon brutale et immédiate et cette rotation se prolonge pendant un temps tc, de l'ordre de trois minutes dans le cas de l'exemple cité, pendant lequel, sous l'effet de la force centrifuge, l'alliage à l'état thixotropique est plus ou moins compacté, en fonction de la vitesse de centrifugation, et du temps tc pendant lequel on soumet l'alliage à cette centrifugation.Le degré de compacité souhaité pour l'alliage étant obtenu, on soumet alors celui-ci à un refroidissement rapide, tout en maintenant la centrifugation, de façon à réaliser une trempe, ayant pour effet de le "bloquer" dans l'état métallurgique dans lequel il se trouve après le compactage. Puis on laisse l'alliage se refroidir pendant quelques minutes, jusqu'au temps i correspondant à une température Ti voisine de 1000C dans le présent exemple. On supprime ensuite l'atmosphère protectrice existant dans l'enceinte 40, et on ouvre le couvercle 41 de celle-ci de façon à laisser un libre accès au creuset 10. I1 suffit alors de procéder au démoulage de la pièce ou du lingot moulé dans le creuset 10.

Le refroidissement nécessaire à la réalisation de la trempe peut être obtenu, comme montré sur la figure 8, en projetant sur le creuset 10 un gaz liquéfié, pouvant être constitué d'un même gaz que celui utilisé pour créer l'atmosphère contrôlée. Cependant le gaz liquéfié pourra être constitué de tout autre gaz, se comportant de façon neutre par rapport à l'alliage, tel que par exemple l'azote. Le creuset 10 est refroidi par une buse 64, dirigée horizontalement, sur le fond de celui-ci et éventuellement par une seconde buse 62 dirigée vers son ouverture.

Dans une variante de l'invention, le refroidissement, en cours de rotation des creusets 10 peut être obtenu par une rampe circulaire disposée sur la face interne de l'enceinte 40, sensiblement à la hauteur du fond des creusets 10 et qui projette sur ceux-ci un jet continu d'un fluide de refroidissement.

En cours de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention il peut être intéressant de rajouter à l'alliage, durant la phase d'agitation pendant laquelle se manifeste le phénpmène de thixotropie, des adjuvants constituant par exemple des charges telles que des poudres, des particules ou des fibres, telles que des fibres de bore, de carbone, de carbure de silicium, d'alumine ou de silice. Les charges peuvent également être constituées de renforts discontinus tels que des particules d'alumine ou de carbure de silicium.

Le dispositif représenté sur la figure 7 permet d'ajouter à l'alliage métallique de tels adjuvants, particulièrement sous forme de poudres métalliques, entre les temps f et g des courbes 5a à 5c.

Ce dispositif se compose essentiellement d'un tube 80, dont l'axe de symétrie uu' est incliné à environ 450 par rapport à l'horizontale, qui est réuni de façon étanche au couvercle 41 de l'enceinte 40, et d'une enceinte étanche secondaire 82, mobile en translation sur un chariot 84 apte à se déplacer sur une platine 86, fixe par rapport au couvercle 41 de l'enceinte 40, et parallèle à l'axe uu' du tube 80. Le tube 80 et l'enceinte 82 sont réunis de façon étanche par un soufflet 85, autorisant un déplacement relatif de l'enceinte 82 par rapport au couvercle 41 de l'enceinte 40 et permettent ainsi l'ouverture dudit couvercle 41. Le déplacement de l'enceinte 82 sur la platine 86 est commandé par une vis sans fin 88 dont une extrémité est montée mobile en rotation et fixe en translation par rapport à l'enceinte 82 et qui est vissée dans un support fileté 90 de la platine 86.La rotation de la vis 88 est commandée par un volant 92 qui permet ainsi de réaliser le déplacement du chariot 84 sur la platine 86, suivant une direction parallèle à l'axe uu' du tube 80. Un bol vibreur 96 est fixé sur le fond 98 de l'enceinte 82. Ce bol vibreur 96 se compose d'un vibreur proprement dit 100, surmonté d'une trémie 102 dont la base débouche dans une goulotte vibrante 104 distribuant le produit. L'extrémité inférieure de la goulotte 104, débouche dans un tube 106 disposé suivant l'axe longitudinal uu' du tube 80, et de longueur telle que, lorsque le chariot 84 se trouve dans sa position inférieure, telle que représentée sur la figure 7, l'extrémité inférieure du tube 106 se trouve au dessus de l'un des creusets 10.

La partie supérieure de l'enceinte 82 est pourvue d'une canalisation 108 comportant une vanne à trois voies 114 permettant de relier cette canalisation soit à une canalisation 110 branchée sur une pompe à vide V, ou à l'air libre, soit à une canalisation 112 réunie à des moyens G d'alimentation en gaz, permettant de constituer l'atmosphère contrôlée nécessaire à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, et une position de fermeture isolant l'intérieur de l'enceinte 82 de l'extérieur.

La mise en oeuvre du présent dispositif s'inclut dans le procédé décrit précédemment. Ainsi, une fois les éléments constitutifs de l'alliage que l'on souhaite réaliser, déposés à l'intérieur des creusets 10, on effectue la fermeture de l'enceinte 40 puis, par positionnement de la vanne à trois voies 114, on fait le vide à l'intérieur de celle-ci et de l'enceinte 82, puis, par basculement de la vanne 114, on relie les enceintes 40 et 82 au générateur de gaz G contenant le gaz approprié à créer l'atmosphère souhaitée à l'intérieur des deux enceintes. Dans cette variante, le gaz participe au déplacement des particules de la goulotte vibrante 104 dans le creuset 10.

L'apport de poudre ou de particules métalliques à l'intérieur de l'alliage en cours d'agitation peut être réalisé par l'intermédiaire de l'agitateur. Ainsi comme représenté sur la figure 12, un agitateur 30 est creusé d'un canal axial et longitudinal 140 débouchant à sa partie inférieure dans une série de canaux 144 sensiblement radiaux, le canal longitudinal étant relié à sa partie supérieure à une canalisation 145 reliée par l'intermédiaire d'une vanne 147 à une trémie 149 dans laquelle est disposée la poudre, ou les particules que l'on souhaite introduire dans l'alliage liquide en cours d'agitation de l'agitateur 30. La sortie de la trémie 149 et l'entrée de la vanne 147 sont réunies à une canalisation d'amenée de gaz G sous pression, destinée à réaliser l'atmosphère gazeuse sous laquelle on souhaite réaliser l'opération de coulée suivant l'invention.La tige de l'agitateur 30 est pourvue de moyens destinés à assurer son étanchéité avec le couvercle 41 de l'enceinte 40. Suivant l'invention l'admission du gaz par la canalisation 150 provoque l'aspiration des poudres contenues dans la trémie 149 jusqu'à l'alliage contenu dans le creuset 10. Cette disposition permet d'obtenir une distribution particulièrement homogène des éléments additifs à l'intérieur de l'alliage liquide ou pâteux.

Bien entendu, on peut suivant 1 invention, mettre en oeuvre un nombre quelconque de creusets 10. Ceux-ci seront, de préférence pour des raisons d'équilibrage, en nombre pair et disposés symétriquement par rapport au centre de la centrifugeuse afin d'éviter les phénomènes de balourd. Ainsi sur la figure 9 une platine 2 est fixée sur un axe rotatif central et vertical 4. Cette platine 2 est creusée de huit encoches 120, chacune de ces encoches étant disposée à 450 des encoches qui lui sont adjacentes. Des creusets 10 cylindriques prennent place dans les encoches et sont fixés sur la platine 2, comme précédemment, au moyen d'axes diamétraux 11. Chaque creuset 10 est pourvu de son propre agitateur 30.

La présente invention peut également être utilisée pour réaliser l'infiltration, par un alliage thixotropique, d'éléments ou préformes de formes diverses. Ces préformes peuvent être constituées d'éléments tissés à partir de fibres de carbure de silicium ou de carbure d'alumine ou de graphite, ou de préformes en nids d'abeilles de superalliages. Ainsi, sur la figure 10, on a disposé au fond d'un creuset 10 une structure constituée de fibres prétissées de graphite et des lingots d'un alliage métallique à structure thixotropique. On réalise ensuite la fusion de l'alliage, éventuellement sous atmosphère contrôlée, puis, comme décrit précédemment, on fait subir à l'ensemble une centrifugation suivie d'une trempe.

Le procédé suivant l'invention permet, grâce à la centrifugation réalisée alors que l'alliage est à l'état pâteux, de parfaitement compacter l'alliage dans les alvéoles de la structure de la préforme, évitant ainsi les manques se formant habituellement dans les procédés suivant l'état de la technique.

La présente invention permet également, en autorisant un moulage de préformes à une température inférieure à celles habituellement mises en oeuvre, d'utiliser des préformes constituées de matériaux, qui auparavant auraient été brûlés au cours de la coulée.

Comme représenté sur la figure 11 le creuset 10 peut être constitué de deux demi-coquilles 10a symétriques par rapport à un plan longitudinal contenant l'axe de symétrie zz' du creuset, ces deux demi-coquilles 10a étant centrées l'une par rapport à l'autre à l'aide de goujons, et fixées par des oreilles 10b maintenues par des boulons.

Avantageusement le fond de ces demi-coquilles forme une empreinte en creux de la pièce que l'on souhaite mouler, de façon à pouvoir mettre en oeuvre un moulage dit "en coquille".

Dans une variante intéressante de l'invention le creuset est constitué des deux demi-coquilles 10a métalliques, et comporte sur son fond un moule réfractaire 130 dans lequel est réalisé une empreinte en creux 131 de la pièce à mouler. La partie supérieure du moule réfractaire comporte un entonnoir central de coulée 132 permettant de conduire l'alliage jusqu'à l'empreinte 131 creusée dans le moule 130.

Une telle disposition favorise la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention permettant d'utiliser des creusets 10 constitués de demi-coquilles 10a de forme non spécifique à l'intérieur desquelles on peut disposer un moule approprié à chacune des pièces que l'on souhaite mouler.

Dans une variante de l'invention, lorsque l'on souhaite obtenir un alliage d'une grande compacité on augmente, à volume égal, la profondeur du creuset 10 augmentant ainsi la pression au fond de celui-ci.

Selon une variante particulièrement intéressante de l'invention on peut également obtenir l'alliage thixotropique en réalisant tout d'abord la fusion de l'alliage dans un creuset 10, à une température supérieure à sa température de liquidus, c'est-à-dire dans le cas particulier de l'alliage de magnésium de type GA9Z5 à une température de 768 C, puis à centrifuger celui-ci et à le soumettre, en cours de centrifugation, à une trempe de façon à obtenir un alliage à microstructure fine. Après l'arrêt de la centrifugation le creuset est repositionné au-dessus de l'inducteur, celui-ci est ensuite remonté pour coiffer le creuset et l'on chauffe au moyen de l'inducteur la structure fine préalablement obtenue à une température comprise entre la température du solidus et du liquidus de l'alliage, à savoir dans le cas spécifique de l'alliage pris en exemple une température de 575 C. On obtient ainsi un alliage thixotropique qui est ensuite soumis à une centrifugation et à une trempe, suivant le processus tel que décrit précédemment.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de moulage d'un alliage métallique, dans lequel on chauffe ledit alliage dans au moins un creuset (10) pour l'amener à une température supérieure à sa température de solidus, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à compacter, par centrifugation, l'alliage dans ledit creuset (10) puis à réaliser, sous centrifugation, dans ledit creuset (10), une trempe de celui-ci.

2.- Procédé de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'alliage métallique est un alliage de type thixotropique.

3.- Procédé de moulage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les opérations de compactage et de trempe sont réalisées sous atmosphère contrôlée, fonction de l'alliage métallique moulé.

4.- Procédé de moulage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'alliage thixotropique est obtenu par brassage et refroidissement simultané dans ledit creuset, la vitesse de refroidissement de l'alliage au cours de la formation de l'alliage thixotropique, étant ajustée en fonction de la grosseur souhaitée des grains de celui-ci.

5.- Procédé de moulage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'alliage thixotropique est obtenu par une série d'étapes consistant à réaliser la fusion de l'alliage dans un creuset (10), à une température supérieure à sa température de liquidus, à centrifuger celui-ci, puis à le soumettre, en cours de centrifugation, à une trempe de façon à obtenir un alliage à microstructure fine, et à chauffer de nouveau ledit alliage à une température comprise entre sa température de solidus et de liquidus.

6.- Procédé de moulage suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à chauffer l'alliage jusqu'à une température (Tb) supérieure à celle du liquidus de l'alliage, puis à agiter celui-ci à faible vitesse de rotation tout en le refroidissant, à agiter l'alliage à vitesse de rotation plus importante en le refroidissant jusqu a une température (Tg) supérieure à sa température de solidus (Ts) et inférieure à sa température de liquidus, à assurer le compactage de l'alliage, dans le creuset, par centrifugation, puis, toujours sous centrifugation, à réaliser la trempe de l'alliage dans ledit creuset.

7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alliage métallique est un alliage de magnésium.

8.- Dispositif de moulage d'un alliage métallique dans au moins un creuset (10), comportant des moyens de centrifugation dudit creuset (10), des moyens d'agitation de l'alliage contenu dans le creuset (10), et des moyens de chauffage de celui-ci, caractérisé en ce qu'un moule (130) est situé dans le fond du creuset (10).

9.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le moule est constitué par ledit creuset (10).

10.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le creuset (10) est constitué de deux demi-coquilles (10a) symétriques par rapport à un plan P longitudinal contenant l'axe de symétrie zz' du creuset (10), les deux demi-coquilles (10a) étant centrées l'une par rapport à l'autre à l'aide de goujons, et étant fixées par des oreilles (10b) traversées par des boulons.

11.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués d'un enroulement inducteur (7) mobile en translation suivant un axe de symétrie z,z' dudit creuset (10) de façon à pouvoir prendre deux positions, à savoir une position de chauffage dans laquelle il entoure ledit creuset (10), et une position de repos dans laquelle il est rétracté.

12.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués d'une résistance électrique (7a) mobile en translation suivant un axe de symétrie z,z' dudit creuset (10) de façon à pouvoir prendre deux positions, à savoir une position de chauffage dans laquelle elle entoure ledit creuset (10), et une position de repos dans laquelle elle est rétractée.

13.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'agitation (30) de l'alliage métallique contenu dans le creuset (10).

14.- Dispositif suivant la revendication 13 caractérisé en ce que les moyens d'agitation sont constitués d'un agitateur (30), mobile en translation suivant l'axe de symétrie z,z' du creuset (10), de façon à pouvoir occuper deux positions, à savoir une position d'agitation dans lequel l'agitateur est disposé à l'intérieur du creuset (10), et une position de repos dans lequel il est retiré de celui-ci.

15.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens d'agitation sont constitués d'un transducteur acoustique.

16.- Dispositif suivant la revendication 14 caractérisé en ce que la fréquence de vibration du transducteur acoustique se situe aux environs de 12 000

Hertz.

17.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens de centrifugation sont constitués d'une platine (2) solidaire d'un axe d'entraînement en rotation (4) perpendiculaire à la platine (2), sur laquelle ledit creuset (10) est monté basculant autour d'un axe parallèle au plan de la platine et perpendiculaire au segment joignant le centre de celle-ci au centre du creuset (10).

18.- Dispositif de moulage suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12 caractérisé en ce qu'il comprend un nombre pair de creusets (10) disposés deux à deux de façon symétrique, par rapport à l'axe d'entraînement en rotation (4) de la platine (2).

19.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 18 caractérisé en ce que les moyens propres à réaliser la fusion, l'agitation, et la centrifugation de l'alliage métallique sont disposés à l'intérieur d'une enceinte étanche (40), comportant des moyens permettant d'une part de faire le vide à l'intérieur de ladite enceinte (40), et d'autre part d'introduire à l'intérieur de celle-ci un gaz permettant de réaliser le moulage sous atmosphère contrôlée.

20.- Dispositif suivant la revendication 19 caractérisé en ce que les moyens d'agitation sont disposés sur une platine (43) montée coulissante sur deux éléments longitudinaux et verticaux (44) de l'enceinte (40), et comportent un soufflet (45) étanche au gaz et dont les extrémités sont fixées de façon étanche respectivement sur l'enceinte (40) et sur la platine (43).

21.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 20 caractérisé en ce qu'il comporte une seconde enceinte étanche (82), réunie de façon étanche à la première enceinte (40), cette seconde enceinte (82) comportant des moyens de distribution et de contrôle de débit permettant d'amener dans ledit creuset (10) une quantité donnée de produits additifs.

22.- Dispositif suivant la revendication 21 caractérisé en ce que ladite seconde enceinte (82) est montée mobile par rapport à la première enceinte (40) sur un plan incliné (86), l'étanchéité entre les deux enceintes étant assurée par un soufflet (84), fixé d'une part sur la seconde enceinte (82) et d'autre part sur l'une des extrémités d'un tube incliné parallèle au plan incliné (86) et dont l'autre extrémité est solidaire de la première enceinte (40).

23.- Dispositif suivant la revendication 22 caractérisé en ce que les moyens de distribution d'additifs sont constitués d'une trémie (102) alimentant, par l'intermédiaire d'un élément vibrant (104), une goulotte d'alimentation (106), fixe par rapport à la seconde enceinte (82), dont l'extrémité aval, vient, en position de chargement, au-dessus dudit creuset (10), et, en position de repos, est éloignée de celui-ci.

24.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 23 caractérisé en ce que la profondeur du creuset (10) est relativement importante par rapport à ses autres dimensions.

25.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 24 caractérisé en ce que l'agitateur (30) comporte un canal longitudinal (140) ouvert à son extrémité aval plongeant dans l'alliage en fusion, et relié à sa partie amont avec des moyens d'alimentation de produits additifs.

26.- Dispositif suivant la revendication 25 caractérisé en ce que la partie amont du canal longitudinal (140) est en communication avec une source de gaz, destinée à constituer l'atmosphère contrôlée.