FR2679161A1

FR2679161A1 - Casting method and mould for improving the fineness of grain of moulded metallic components

Info

Publication number: FR2679161A1
Application number: FR9109129A
Authority: FR
Inventors: Khenafou Alain
Original assignee: Giat Industries SA
Current assignee: Giat Industries SA
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-01-22
Anticipated expiration: 2011-07-19
Also published as: FR2679161B1

Abstract

- Metallurgy. - The method is implemented by means of a mould characterised in that it: . delimits, in its thickness, housings following, externally and at a distance, the envelope (casing) (4) of the cavity (1), . comprises means (5) capable of taking calories away from these housings during or after casting. - Application to the moulding of metallic components.

Description

PROCEDE ET MOULE DE COULEE POUR AMELIORER LA FINESSE DE GRAIN DE
PIECES METALLIQUES MOULEES
La présente invention concerne le domaine de la réalisation de pièces d'ouvrages ou de lingots, en métal coulé dans des empreintes ou de cavités de moulage délimitées par des moules en sable.PROCESS AND CAST MOLD FOR IMPROVING THE FINESSE OF GRAIN OF
MOLDED METAL PARTS
The present invention relates to the field of the production of pieces of works or ingots, made of metal cast in cavities or molding cavities delimited by sand molds.

La technique de réalisation de pièces par coulée, dans des moules réalisés en sable à vert ou en sable chimique, est bien connue. Les pièces obtenues donnent, généralement, satisfaction par le caractère reproductible de leurs caractéristiques dimensionnelles, ainsi que par l'homogénéité de la matière première les constituant. The technique of making parts by casting, in molds made of green sand or chemical sand, is well known. The parts obtained generally give satisfaction by the reproducible nature of their dimensional characteristics, as well as by the homogeneity of the raw material constituting them.

Il peut être considéré que, dans les procédés de coulée actuels, lorsque toutes les conditions opératoires sont réunies et impliquées de façon constante, les pièces obtenues sont de qualité aussi constante, en présentant ungrain aussi constant, dépendant de la composition de la matière en fusion qui est coulée. It can be considered that, in current casting processes, when all the operating conditions are constantly met and involved, the parts obtained are of as constant quality, presenting a grain as constant, depending on the composition of the molten material. which is poured.

Il a été constaté, par ailleurs, qu'avec les procédés connus il était difficilement possible de réaliser des pièces à même de présenter des grains différents, en fonction des caractéristiques d'utilisation retenues. It has been found, moreover, that with known methods it was difficult to produce parts capable of presenting different grains, depending on the characteristics of use retained.

Or, il apparaît qu'un besoin se fait sentir de pouvoir réaliser des pièces par La technique de coulée en sable, qui sont susceptibles de présenter des caractéristiques métallurgiques différentes, en fonction de l'application visée, bien qu'il soit fait recours, pour Les constituer, à un alliage métallique de même composition. However, it appears that there is a need to be able to produce parts by the sand casting technique, which are likely to have different metallurgical characteristics, depending on the intended application, although recourse is had to, to constitute them, to a metallic alloy of the same composition.

En d'autres termes, il serait utile de pouvoir disposer d'un procédé qui permette, à partir d'une composition ou d'un alliage métallique déterminé, d'obtenir des pièces présentant, soit
Localement, soit entre elles, des finesses de grains différentes leur conférant, par voie de conséquence, des caractéristiques métallurgiques différentes, telles que celles de dureté notamment.In other words, it would be useful to be able to have a process which makes it possible, from a composition or a determined metal alloy, to obtain parts having either
Locally, or between them, fineness of different grains giving them, consequently, different metallurgical characteristics, such as those of hardness in particular.

L'objet de L'invention est de proposer un nouveau procédé et un nouveau matériel permettant, justement, de résoudre Le problème posé. The object of the invention is to propose a new process and new equipment making it possible, precisely, to solve the problem posed.

La proposition selon L'invention part de L'idée qu'il serait souhaitable de pouvoir agir sur la température du moule, de manière à pouvoir privilégier l'augmentation de la vitesse de germination au détriment de la vitesse de croissance des grains, d'une manière régulée ou régulable, de façon à pouvoir obtenir, sur la pièce coulée, une finesse de grains variable, généralement inférieure à celle procurée par un coulage traditionnel. The proposal according to the invention starts from the idea that it would be desirable to be able to act on the temperature of the mold, so as to be able to favor the increase in the speed of germination at the expense of the speed of growth of the grains, a regulated or regulable manner, so as to be able to obtain, on the casting, a variable fineness of grains, generally less than that obtained by a traditional casting.

Pour atteindre un tel résultat, le procédé de L'invention consiste à :
- réaliser un moule en sable en un ou plusieurs
éléments délimitant, seul ou ensemble, une ou
plusieurs cavités ou empreintes négatives de
moulage,
- exécuter, des logements suivant, à distance et
extérieurement, l'enveloppe de la cavité,
- utiliser, pendant ou après la coulée, les
logements en tant que sources de prélèvement et
d'évacuation de calories hors du moule.To achieve such a result, the method of the invention consists in:
- make a sand mold in one or more
elements delimiting, alone or together, one or
several cavities or negative impressions of
molding,
- run, next, remote housing and
externally, the envelope of the cavity,
- use, during or after casting, the
housing as sources of offtake and
evacuation of calories out of the mold.

Pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, L'invention concerne, également, un moule en sable caractérisé en ce qu'il
- délimite, dans son épaisseur, des logements
suivant, extérieurement et à distance,
l'enveloppe de la cavité,
- comprend des moyens aptes à prélever des calories
hors de ces logements durant ou après la coulée.For the implementation of the above process, the invention also relates to a sand mold, characterized in that it
- delimits, in its thickness, housings
next, externally and from a distance,
the envelope of the cavity,
- includes means capable of taking calories
out of these dwellings during or after pouring.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de L'invention. Various other characteristics will emerge from the description given below with reference to the appended drawings which show, by way of nonlimiting examples, embodiments of the subject of the invention.

La fig. 1 est une coupe-élévation d'une première mise en oeuvre de l'objet de l'invention. Fig. 1 is a sectional elevation of a first implementation of the subject of the invention.

La fig. 2 est une coupe prise sensiblement selon la ligne II-II de la fig. 1. Fig. 2 is a section taken substantially along line II-II of FIG. 1.

Les fig. 3 et 4 sont des coupes-élévations, analogues à la fig 1, illustrant deux autres variantes d'exécution. Figs. 3 and 4 are sectional elevations, similar to FIG. 1, illustrating two other alternative embodiments.

Les fig 5 à 7 montrent, de façon agrandie, les finesses de grains comparatives entre l'art antérieur et le procédé de
L'invention.FIGS. 5 to 7 show, in an enlarged manner, the fineness of grains compared between the prior art and the method of
The invention.

Les fig. 1 et 2 illustrent un premier exemple de mise en oeuvre de l'objet de L'invention pour la réalisation d'une pièce ou lingot en métal coulé, confiné dans une cavité ou empreinte de moulage 1 délimitée par un moule 2, du type en sable à vert ou à prise chimique. Le moule 2 est, par exemple, constitué par l'association de deux demi-moules 2a, 2b qui sont associés, par
L'intermédiaire de leurs plans de joint se correspondant, par tout moyen connu pratiqué dans la technique. La cavité 1 est, par exemple, en relation avec un jet de coulée 3 permettant l'introduction du métal en fusion par les techniques connues.Figs. 1 and 2 illustrate a first example of implementation of the object of the invention for the production of a piece or ingot of cast metal, confined in a cavity or molding cavity 1 delimited by a mold 2, of the type in sand to green or to chemical setting. The mold 2 is, for example, constituted by the association of two half-molds 2a, 2b which are associated, by
The intermediary of their corresponding joint planes, by any known means practiced in the art. The cavity 1 is, for example, in relation to a casting jet 3 allowing the introduction of the molten metal by known techniques.

Le procédé de L'invention vise à équiper le moule 2 de façon qu'il soit possible d'augmenter, au moins localement, la vitesse de refroidissement de la masse de métal coulée dans la cavité 1, de façon que cette vitesse soit supérieure à l'absorption des calories par le moule 2. A cette fin, on délimite dans l'épaisseur du moule 2, des logements 4 qui, de préférence, s'étendant au moins sur toute la hauteur de la cavité 1. La fig. 2 montre que les logements 4 peuvent, par contre, s'étendre sur toute la largeur et/ou profondeur, comme défini par la référence ou, OU' au contraire, sur une partie de cette largeur et profondeur, comme illustré par la référence 42
Le procédé de L'invention consiste à utiliser les logements 4 en tant que sources de prélèvement et d'évacuation de calories hors du moule.The method of the invention aims to equip the mold 2 so that it is possible to increase, at least locally, the cooling rate of the mass of metal poured into the cavity 1, so that this speed is greater than the absorption of calories by the mold 2. To this end, there is delimited in the thickness of the mold 2, housings 4 which, preferably, extending at least over the entire height of the cavity 1. FIG. 2 shows that the housings 4 can, on the other hand, extend over the entire width and / or depth, as defined by the reference or, OR 'on the contrary, over part of this width and depth, as illustrated by the reference 42
The method of the invention consists in using the housings 4 as sources for removing and removing calories from the mold.

Dans L'exemple illustré et pour assumer la fonction ci-dessus, les logements 4 sont garnis d'éléments d'échange, tels que des barreaux 5, pleins ou creux, réalisés en une matière bonne conductrice de la chaleur, conformés de façon complémentaire aux
Logements, afin d'être, au moins partiellement sinon de préférence totalement, en contact sur toute la surfaceavec ceux-ci. Les barreaux 5 peuvent être noyés dans les demi-moules 2a et 2b en étant introduits dans les logements correspondants à partir des plans de joint se faisant face. Dans tous les cas, comme illustré en trait mixte à la fig. 1, les logements 4 sont traversants au moins pour l'un des demi-moules, par exemple le demi-moule 2b, de façon que les barreaux 5 puissent comporter une partie 6 s'étendant extérieurement au moule 2. Les parties 6 peuvent être indépendantes ou réunies entre elles pour tous les barreaux d'un même moule, afin de pouvoir être associées à une source froide 7 à partir de laquelle une extraction des calories prélevées dans les logements 4 peut être régulée.In the example illustrated and to assume the above function, the housings 4 are furnished with exchange elements, such as bars 5, full or hollow, made of a material which is good conductor of heat, shaped in a complementary manner. to the
Housing, in order to be, at least partially if not preferably completely, in contact with the entire surface with these. The bars 5 can be embedded in the half-molds 2a and 2b by being introduced into the corresponding housings from the facing planes. In all cases, as illustrated in phantom in FIG. 1, the housings 4 are through at least for one of the half-molds, for example the half-mold 2b, so that the bars 5 can comprise a part 6 extending outside the mold 2. The parts 6 can be independent or joined together for all the bars of the same mold, in order to be able to be associated with a cold source 7 from which an extraction of the calories taken from the housings 4 can be regulated.

Par les moyens ci-dessus, il devient possible d'extraire des calories du moule 2, de façon plus rapide que par l'absorption générée par des moyens de refroidissement à travers la matière constitutive dudit moule. L'accroissement du dégagement des calories permet d'augmenter la vitesse de refroidissement globale ou locale de la masse de métal occupant la cavité 1. Cette augmentation de vitesse de refroidissement permet de privilégier la vitesse de germination des grains au détriment de la vitesse de croissance et fournit, en conséquence, une pièce moulée dont la matière constitutive présente globalement ou localement un grain plus fin que celui qui serait obtenu par les conditions de refroidissement traditionnelles dans un moule, tel que 2, dépourvu des logements 4 et des moyens de prélèvement des calories. By the above means, it becomes possible to extract calories from the mold 2, faster than by the absorption generated by cooling means through the material of said mold. The increase in the release of calories makes it possible to increase the global or local cooling speed of the mass of metal occupying the cavity 1. This increase in cooling speed makes it possible to favor the speed of germination of the grains at the expense of the growth speed. and consequently supplies a molded part, the constituent material of which has a finer grain globally or locally than that which would be obtained by traditional cooling conditions in a mold, such as 2, devoid of the housings 4 and of the means for removing the calories.

Dans une variante de mise en oeuvre de l'objet de
L'invention, telle qu'illustrée par la fig. 3, les logements 4 sont constitués par des évidements 4a et 4b ménagés dans les demi-moules 2a et 2b, de façon que les logements 4 soient débouchants sur deux faces opposées du moule 2. Les logements 4 sont associés à des buses 8 alimentées à partir d'une source de production ou de distribution 9 d'un fluide sous pression liquide ou gazeux. Les buses 8 sont raccordées à la source 9 par un circuit 10 contrôlé par un robinet il menant à chacune des buses.In a variant implementation of the object of
The invention, as illustrated in FIG. 3, the housings 4 are constituted by recesses 4a and 4b formed in the half-molds 2a and 2b, so that the housings 4 are open onto two opposite faces of the mold 2. The housings 4 are associated with nozzles 8 supplied to from a production or distribution source 9 of a fluid under liquid or gaseous pressure. The nozzles 8 are connected to the source 9 by a circuit 10 controlled by a tap which leads to each of the nozzles.

Les buses 8 peuvent être adaptées directement sur l'un des demi-moules, tel que te demi-moule 2b ou être situées à distance de ce dernier, de manière que les jets de fluide sous pression délivrés empruntent les logements 4 à l'intérieur desquels un tel fluide prélève des calories pour accroître la vitesse de refroidissement. Le fluide échauffé est évacué, naturellement ou par extraction contrôlée, à partir de la face du moule opposée à celle associée aux buses 8. The nozzles 8 can be fitted directly onto one of the half-molds, such as the half-mold 2b or be located at a distance from the latter, so that the jets of pressurized fluid delivered pass through the housings 4 inside from which such a fluid draws calories to increase the cooling rate. The heated fluid is removed, naturally or by controlled extraction, from the face of the mold opposite to that associated with the nozzles 8.

Par face opposée il faut, bien évidemment, comprendre toutes les dispositions géométriques acceptables faisant intervenir une possible circulation du fluide selon un cheminement
L'amenant à parcourir toute la longueur de logements 4 à
L'intérieur desquels un prélèvement de calories peut intervenir.By opposite side it is, of course, necessary to understand all the acceptable geometrical arrangements involving a possible circulation of the fluid along a path
Leading it to cover the entire length of housing 4 to
Inside which a calorie intake can take place.

La fig 4 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les logements 4, du type décrit en référence à la fig. 3, sont réalisés pour contenir chacun une rampe 12 de distribution d'un fluide de refroidissement. Chaque rampe 12 est alimentée, à partir de la source 9, au moyen du circuit 10 contrôlé par un robinet 11. Chaque rampe 12 est, au moins partiellement, en contact de surface avec le logement 4 et présente une section locale inférieure à celle de ce dernier, de manière que des perforations 13 puissent assurer L'injection du fluide sous pression à l'intérieur du logement 4 dans lequel une circulation peut se produire pour qu'un prélèvement de calories intervienne. FIG. 4 illustrates another alternative embodiment in which the housings 4, of the type described with reference to FIG. 3, are made to each contain a ramp 12 for distributing a cooling fluid. Each ramp 12 is supplied, from the source 9, by means of the circuit 10 controlled by a tap 11. Each ramp 12 is, at least partially, in surface contact with the housing 4 and has a local section smaller than that of the latter, so that perforations 13 can ensure the injection of the pressurized fluid inside the housing 4 in which a circulation can occur so that a removal of calories occurs.

Dans les exemples de mise en oeuvre ci-dessus, les
Logements 4 sont, dans tous Les cas, ménagés le plus près possible de la cavité 1 pour laisser subsister une épaisseur de sable compatible avec la résistance devant être offerte à la poussée métallostatique résultant de la coulée. A titre d'exemple, pour un moule en sable à vert, une telle épaisseur est choisie, au moins égale à 10 mm.In the examples of implementation above, the
Housing 4 is, in all cases, arranged as close as possible to the cavity 1 to leave a thickness of sand compatible with the resistance to be offered to the metallostatic thrust resulting from the casting. For example, for a green sand mold, such a thickness is chosen, at least equal to 10 mm.

La fig. 5 montre, en relation avec la norme AFNOR NF A04 102 et pour un grossissement de 25, l'indice de grain 1 obtenu sur une pièce en acier austénitique coulée selon la méthode tradionnelle dans un moule en sable chimique. Fig. 5 shows, in relation to standard AFNOR NF A04 102 and for a magnification of 25, the grain index 1 obtained on an austenitic steel part cast according to the traditional method in a mold in chemical sand.

Les fig 6 et 7 montrent comparativement L'indice de grain obtenu 3 ou 4 pour un même grossissement sur une pièce de même forme coulée en un même métal dans un même moule soumis, toutefois, selon l'invention, à un prélèvement de calories de x/ par heure. Figs 6 and 7 show comparatively The grain index obtained 3 or 4 for the same magnification on a workpiece of the same shape cast in the same metal in the same mold subjected, however, according to the invention, to a calorie intake of x / per hour.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. The invention is not limited to the examples described and shown, since various modifications can be made thereto without departing from its scope.

Claims

CLAIMS:

1 - Process for improving the fineness of grains of the material of cast metal parts,

characterized in that it consists of

- make a sand mold in one or more

elements delimiting, alone or together, one or

several cavities or negative impressions of

molding,

- run, next, remote housing and

externally, the envelope of the cavity,

- use, during or after casting, the

housing as sources of offtake and

evacuation of calories out of the mold.

2 - Process according to claim 1, characterized in that the housings are made so that they are distant from the cavity by a thickness (at least equal to 10 mm).

3 - Method according to claim 1 or 2, characterized in that the housing is used as sources of sampling by incorporating bars of heat conductive material, which extend out of the mold.

4 - Method according to claim 1 or 2, characterized in that the housing is used as sources of sampling by circulating therein a calorie-taking fluid.

5 - Method according to claim 4, characterized in that the fluid is circulated by means of distribution ramps engaged in the housings to be, at least in part, in contact with the wall of said housings.

6 - Sand mold for molding metal parts, of the type produced in one or more elements and delimiting at least one pouring cavity, characterized in that it

- delimits, in its thickness, housings

next, externally and from a distance,

the envelope (4) of the cavity (1),

- comprises means (5) capable of taking samples

calories outside these Housing during or after

casting.

7 - Mold according to claim 6, characterized in that the housings are distant from the envelope of the cavity with a thickness, at least equal to 10 mm.

8 - Mold according to claim 7 or 8, characterized in that the housings contain bars of heat conductive material and which extend out of the mold.

9 - Mold according to claim 7 or 8, characterized in that the housings are provided with means for connection to a source (9) for supplying or distributing a calorie-drawing fluid.

10 - Mold according to claim 7 or 9, characterized in that the housings contain distributor ramps (12) which are made of conductive metal and which are, at least in part, in contact with the wall of the housings.