PROCEDE DE MOULAGE D'UN LINGOT D'ALLIAGE A STRUCTURE DENDRITIQUE FINE ET MACHINE DE MOULAGE SUIVANT CE PROCEDE

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de moulage d'un lingot constitué d'un alliage à structure dendritique fine (revendication 1), ainsi qu'un procédé de moulage de pièces métalliques sans porosités à partir dudit lingot (revendication 9). Elle concerne également une machine de moulage permettant de mettre en oeuvre les susdits procédés (revendication 12).

[0002] Les préambules des revendications 1, 9 et 12 sont basées sur US-A-771818.

[0003] On sait qu'au cours d'une opération de coulée par gravité 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.

[0004] On sait également que dans les techniques de moulage sous pression, les turbulences crées dans le métal en fusion, lors de l'entrée de celui-ci dans le moule, créent des microbulles se traduisant, après solidification, par des porosités.

[0005] L'une des techniques utilisées pour éviter ce type d'inconvénient consiste à réaliser, à partir de l'alliage métallique en fusion, une supension ou gelée thixotrope, c'est-à-dire à l'état mi-liquide mi-solide, et à couler ensuite sous pression cette gelée thixotrope dans un moule.

[0006] On a également proposé, dans le brevet FR-A-2 658 745, de réaliser ladite gelée thixotrope dans un moule constitué d'un creuset d'une machine de centrifugation, de façon à réaliser l'opération de moulage en cours de rotation de la machine de centrifugation.

[0007] Si un tel procédé de moulage donne toute satisfaction quant aux qualités métallographiques et mécaniques des alliages ainsi obtenus, il présente de notables inconvénients lorsqu'il s'agit de réaliser des pièces de dimensions relativement importantes, qui impliquent la mise en oeuvre de centrifugeuses de dimensions correspondantes et qui sont donc d'un prix de revient très élevé. Un tel procédé est en conséquence ainsi réservé, de préférence, à la réalisation de pièces mécaniques de faible volume devant posséder des qualités mécaniques élevées.

[0008] On a proposé également, dans le brevet FR-A-2 266 749, de réaliser des pièces en alliage métallique sans porosités en chauffant lesdits alliages à une température comprise entre leurs températures de solidus et de liquidus, de façon à amener a l'état liquide une proportion pondérale déterminée de l'alliage, et en les maintenant à ladite température pendant une durée comprise entre quelques minutes et quelques heures. Si cette technique permet de passer d'un réseau dendritique à une structure globulaire de forme et de répartition régulières, elle est cependant d'une durée de mise en oeuvre particulièrement longue, ce qui est de nature à augmenter, de façon importante, le prix de revient des pièces ainsi fabriquées.

[0009] D'autres techniques sont également utilisées, notamment dans le domaine du moulage de l'aluminium et du magnésium, pour améliorer, malgré les porosités et les retassures, les caractéristiques de l'alliage. On a ainsi proprosé de soumettre des alliages de type GA9Z1, c'est-à-dire des alliages de magnésium comportant 9% d'aluminium et 1% de zinc, à un traitement thermique, dit de type T6, consistant à porter et à maintenir la pièce moulée à une température de l'ordre de 420°C pendant 24 heures, puis à la laisser se refroidir à l'air, et enfin à la porter et à la maintenir à une température de 190°C durant 16 heures. Un tel traitement permet d'améliorer, de façon notable, à la fois la résistance à la traction et l'allongement avant rupture des pièces ainsi fabriquées, mais l'importance de sa durée, et en conséquence l'augmentation des coûts de fabrication que ce traitement implique, le fait réserver à la fabrication de pièces dont les normes de qualité sont particulièrement sévères.

[0010] La présente invention a pour but de proposer un procédé de moulage d'alliages métalliques sans porosités, qui peut être facilement mis en oeuvre, sans nécessiter de faire appel à des machines spécifiques de dimensions et de coût élevés, et qui, de plus, permet d'obtenir des pièces moulées de grandes dimensions.

[0011] Plus précisément, la présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication simple de lingots d'alliages qui, pour constituer un alliage thixotrope, apte à fournir par une opération d'injection des pièces métalliques sans porosités, ne nécessitent qu'une simple opération de chauffage à une température déterminée.

[0012] La présente invention a également pour but de proposer un procédé de coulée sous pression dont la rapidité de la mise en oeuvre permet d'atteindre des cadences de fabrication importantes permettant de diminuer, de façon notable, le prix de revient des produits fabriqués.

[0013] La présente invention a ainsi pour objet un procédé de moulage d'un lingot à structure dendritique fine à partir d'un alliage métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une coulée sous pression de l'alliage en fusion à l'intérieur d'une empreinte d'un moule, cette empreinte étant maintenue, tout au long de la coulée, à une température sensiblement constante, supérieure à la température ambiante et inférieure à la température de solidus de l'alliage.

[0014] La demanderesse a ainsi établi que le fait de réaliser une coulée sous pression d'un alliage métallique dans un moule, dont les parois sont maintenues à une température supérieure à la température ambiante et inférieure à la température de solidus de l'alliage, permet de réaliser des lingots à structure dendritique fine et sans porosités tels que, lorsque l'on réchauffe ensuite ces lingots de façon à les porter à une température comprise entre la température de solidus et la température de liquidus de l'alliage, de façon à les amener à un état pâteux de type gelée thixotrope, et que l'on procéde ensuite à une injection sous pression à partir de ces lingots, les pièces ainsi obtenues possédent une structure fine globulaire, exempte de porosités et comportant des qualités mécaniques remarquables.

[0015] Un avantage du procédé suivant l'invention, par rapport à ceux mis en oeuvre suivant la technique antérieure, est qu'aussi bien l'opération de coulée des lingots que l'opération d'injection de la pièce définitive à partir de ces lingots peuvent être réalisées simplement, c'est-à-dire sans qu'il soit nécessaire de faire appel à des opérations complexes, telles qu'agitation centrifugation ou extrusion, ce qui met le procédé à la portée d'utilisateurs non spécialisés dans ce type de moulage. De plus le procédé peut être mis en oeuvre avec des machines à mouler de type classique, ce qui évite aussi bien au producteur de lingots qu'à l'utilisateur de ceux-ci d'avoir à investir dans des machines spécifiques onéreuses.

[0016] Bien entendu l'injection de la pièce à mouler à partir des lingots peut être réalisée immédiatement après la coulée de ceux-ci. Il est même possible de procéder, moyennant le remplacement de quelques accessoires annexes, à la mise en oeuvre de ces deux étapes de fabrication de façon successive sur une même machine.

[0017] Les lingots fabriqués peuvent, bien entendu, être de dimensions appropriées aux pièces définitives que l'on souhaite mouler de façon à éviter les opérations de tronçonnage de l'art antérieur, qui constituent une perte de temps et d'argent.

[0018] Dans un mode de mise en oeuvre intéressant de l'invention le rapport de la température absolue T_s du solidus de l'alliage sur la température absolue T_m à laquelle on maintient l'empreinte du moule pendant la coulée, est compris entre 1,5 et 2,5.

[0019] Bien que la présente invention soit particulièrement adaptée à la réalisation de pièces moulées sous pression en alliage de magnésium, elle peut, bien entendu, également être mise en oeuvre pour réaliser le moulage d'autres alliages métalliques et notamment d'alliages à base, par exemple, d'aluminium ou de zinc.

[0020] La présente invention a également pour but de proposer des moyens permettant de passer directement de l'élaboration du lingot à l'injection de la pièce définitive à partir de ce lingot.

[0021] La présente invention a également pour objet une machine de moulage sous pression d'un alliage métallique permettant la fabrication de pièces sans porosités caractérisée en ce qu'elle comprend trois sections disposées les une à côtés des autres, à savoir une section de coulée, comprenant une lingotière refroidie par circulation d'un fluide, une section de réchauffage et une section d'injection, ces trois sections présentant des volumes internes respectifs alignés longitudinalement pour constituer un canal de traitement continu, et au moins un piston mobile longitudinalement dans ce canal de traitement, ce piston servant de fond pour le volume interne de la lingotière de la section de coulée, pendant son remplissage avec le métal liquide, intervenant éventuellement pour transporter, dans la section de réchauffage, le lingot formé après refroidissement et intervenant pour l'injection sous pression, dans la section d'injection, du lingot réchauffé se présentant sous la forme de gelée thixotrope.

[0022] Dans un mode de mise en oeuvre de la machine suivant l'invention la section d'injection est située entre la section de coulée et la section de réchauffage et un joint isolant thermiquement est interposé entre la section de coulée et la section d'injection.

[0023] 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 schématique en coupe verticale d'une première forme d'un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.

La figure 2 est une vue schématique en coupe verticale d'une variante d'un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.

La figure 3 est une microphotographie, à un grossissement de 60, d'une coupe d'un alliage de magnésium moulé sous pression suivant la technique de l'art antérieur.

La figure 4 est une microphotographie, à un grossissement de 60, d'une coupe d'un lingot du même alliage de magnésium moulé suivant le procédé de l'invention.

La figure 5 est une microphotographie, à un grossissement de 60, d'une coupe d'une pièce du même alliage obtenue par le procédé suivant l'invention.

La figure 6 est une vue partielle en perspective d'un dispositif destiné à assurer le réchauffage des lingots avant l'injection des pièces à partir desdits lingots.

La figure 7 est une vue schématique en coupe verticale d'un dispositif destiné à assurer l'injection sous pression des pièces.

La figure 8 est une vue schématique en coupe verticale d'une variante de mise en oeuvre de l'opération de coulée du lingot.

La figure 9 est une vue en coupe axiale et verticale d'une machine de moulage sous pression, permettant de mettre en oeuvre les procédés suivant l'invention, dont les divers éléments constitutifs sont représentés lors de l'opération de coulée du lingot.

Les figures 10 à 14 sont des vues en coupe axiale et verticale simplifiées, illustrant les positions des divers éléments constitutifs de la machine, au cours de l'opération d'injection d'une pièce métallique à partir d'un lingot.

[0024] Le procédé suivant l'invention met en oeuvre une machine de moulage sous pression qui est pourvue de moyens permettant de maintenir les parois de l'empreinte du moule à une température se situant entre la température ambiante et la température de solidus de l'alliage.

[0025] Cette machine se compose essentiellement d'une lingotière 1 constituée d'un tube sensiblement horizontal comportant, à l'une de ses extrémités, un orifice d'alimentation 2 débouchant dans un canal d'injection 4 dans lequel est monté mobile un piston d'injection 6, cette lingotière 1 étant en outre pourvue de moyens de chauffage et de régulation de température, constitués par exemple de cartouches de chauffage 3 à régulation de température. Le moule est constitué de deux parties à savoir une partie antérieure 10a et une partie postérieure 10b. Le canal d'injection 4 débouche dans une cavité cylindrique 8 creusée dans la partie antérieure 10a, et qui constitue l'empreinte du lingot que l'on souhaite mouler. Cette empreinte 8 est de même diamètre que le canal d'injection 4.

[0026] La partie antérieure 10a du moule 10 comporte, comme la lingotière 1, des moyens de chauffage et de régulation de température, constitués de cartouches de chauffage 3 à régulation de température. La partie postérieure 10b du moule possède une série de "talons de lavage" 12 répartis autour de l'empreinte 8, ainsi que des canaux fins dits "trainées d'air" 12', en communication, par l'une de leurs extrémités, avec les talons de lavage 12 et, par leur autre extrémité, avec l'extérieur du moule, le volume total des talons de lavage 12 et des trainées d'air 12'représentant environ le quart du volume du lingot que l'on souhaite couler.

[0027] Pour couler le lingot on verse le métal en fusion, constitué, par exemple, d'un alliage de magnésium GA9Z1, (c'est-à-dire d'un alliage de magnésium contenant 9% d'aluminium et 1% de zinc), dont les températures de solidus et de liquidus sont respectivement de 468°C et de 595°C, et on le fond à une température supérieure à la température de liquidus, à savoir une température de l'ordre de 700°C, puis on le verse dans la lingotière 1, à l'aide d'une goulotte d'alimentation, non représentée sur le dessin. Cet alliage remplit une partie de la lingotière 1, fonction du volume que l'on souhaite donner au lingot.

[0028] On déplace ensuite le piston d'injection 6 de façon à exercer avec celui-ci une pression P sur le métal en fusion, pour l'injecter à l'intérieur de l'empreinte 8 du moule 10. Les moyens de régulation de température 3 maintiennent la température de l'empreinte 8 du moule 10 à une température absolue T_m telle que le rapport de la température absolue du solidus T_s (741°K dans le présent exemple) sur cette température absolue T_m soit compris entre 1,5 et 2,5 et soit spécifiquement ici de 1,75, ce qui correspond à une température absolue de l'empreinte 8 T_m = 423°K soit 150°C. Au cours de cette opération de coulée sous pression, la partie de métal en fusion injectée en premier dans l'empreinte 8 traverse celle-ci pour être éjectée, hors de celle-ci, dans les talons de lavage 12 et dans les trainées d'air 12'.

[0029] Après l'ouverture du moule 10, l'éjection du lingot 14 ainsi formé et sa séparation des talons de lavage 12, on peut soit laisser le lingot 14 se refroidir, de préférence à la température ambiante, soit procéder immédiatement à l'opération d'injection de la pièce définitive à mouler.

[0030] Une étude métallographique du lingot 14 ainsi obtenu révèle, comme on peut le voir sur la figure 4, une structure dendritique fine, alors que la structure d'un même alliage obtenu par un procédé de moulage de type classique montre une structure à porosités, telle que celle représentée sur la figure 3. Les lingots ainsi obtenus peuvent donc être commercialisés en l'état.

[0031] Bien entendu on pourrait, comme représenté sur la figure 2, utiliser le métal en fusion, éjecté de l'empreinte 8 dans les talons de lavage 12, pour réaliser, en aval, l'injection de celui-ci dans une seconde empreinte 16 de façon à mouler une pièce 16' ne nécessitant pas des qualités mécaniques du même ordre que celles destinées à être fabriquées par le procédé suivant l'invention. De même, comme représenté sur la figure 2, les moyens de chauffage et de régulation de température peuvent être constitués de canalisations 19 véhiculant un fluide caloporteur.

[0032] On pourrait également assurer, lors de l'opération de coulée du lingot 14, la mise en température et le maintien en température de l'empreinte 8 du moule 10 par une coulée préalable d'une série de lingots 14, la température requise par le moule étant alors entretenue par la chaleur fournie à celui-ci par les lingots 14 au cours de la coulée.

[0033] Pour mettre en oeuvre l'opération d'injection de la pièce à mouler à partir du lingot 14, on peut faire appel à des moyens de chauffage par exemple par effet Joule ou du type de ceux représentés sur les figures 6 et 7. Ceux-ci comprennent un inducteur 20, d'axe longitudinal xx', sensiblement horizontal, destiné a être parcouru pour un courant moyenne fréquence, à l'intérieur duquel est disposé un tube de quartz 22 ouvert à l'une de ses extrémités, et qui est destiné à recevoir le lingot 14 à réchauffer. La partie opposée fermée du tube 22 comporte, à sa partie inférieure, une fenêtre 23 qui s'ouvre sur un plan incliné 24, débouchant dans une ouverture d'admission 26 prévue à la partie supérieure d'un tube d'injection 28.

[0034] Un piston poussoir 36, d'un diamètre inférieur au diamètre interne du tube de quartz 22, est monté mobile en translation dans celui-ci. Un tube 37, débouchant entre la surface latérale du piston poussoir 36 et la paroi interne du tube de quartz 22, permet, éventuellement, d'envoyer dans ce dernier un gaz protecteur permettant de diminuer les risques d'inflammation de l'alliage, tel qu'un mélange d'air et d'hexafluorure de soufre, dans le cas particulier d'un alliage de magnésium.

[0035] Le tube d'injection 28 débouche, comme représenté sur la figure 7, dans une cavité 32 d'un moule 33 en deux parties, à savoir une partie antérieure 33a et une partie postérieure 33b. Un conduit 31, prévu à la surface de séparation de ces deux parties, débouche dans une cavité formant l'empreinte 32' de la pièce à réaliser et qui est formée dans la partie postérieure 33b du moule 33. Le piston d'injection 38 est monté coulissant dans le tube d'injection 28 et dans la cavité 32.

[0036] Pour réaliser l'opération d'injection on introduit le lingot 14 dans le tube de quartz 22, puis la bobine de l'inducteur 20 est alimentée en courant alternatif, de manière à provoquer un échauffement du lingot 14 et le porter à une température comprise entre sa température de solidus T_s et sa température de liquidus T_l, et de préférence voisine de cette dernière, à savoir dans le cas de l'alliage de magnésium GA9Z1 une température d'environ 530°C à 560°C, de façon que le lingot 14 soit amené à un état de gelée thixotrope. Un tel état pâteux du lingot 14 lui permet de se prêter particulièrement bien à une injection sous pression.

[0037] Après le réchauffage du lingot 14 on déplace celui-ci longitudinalement, au moyen du piston 36, pour le présenter face à la fenêtre 23, au droit du plan incliné 24, sur lequel il glisse pour pénètrer dans le tube d'injection 28, par l'ouverture d'admission 26.

[0038] On procède alors à la dernière étape, ou étape d'injection proprement dite, en déplaçant longitudinalement le lingot 14, à l'état de gelée thixotropique, au moyen du piston d'injection 38, en direction de la cavité 32 du moule 33 dans laquelle l'alliage métallique pénètre d'abord, avant d'être injecté, en passant par le canal 31, dans l'empreinte 32' du moule 33.

[0039] Après refroidissement et démoulage on obtient ainsi une pièce reproduisant l'empreinte du moule 32' et possédant une structure globulaire fine sans porosités, telle que celle représentée sur la microphotographie de la figure 5, (grossissement d'environ 60) et qui confère à l'alliage des qualités de résistance, notamment de résistance à la traction, ainsi que des qualités d'allongement avant rupture, remarquables.

[0040] A titre d'exemple comparatif on a représenté dans le tableau ci-après la résistance à la rupture RT (en MPa) et l'allongement avant rupture Δ1/1 (en %) de trois alliages moulés obtenus suivant un procédé de moulage suivant respectivement l'état de la technique antérieure, un procédé de moulage par gravité suivi d'un traitement dit T6, et le procédé suivant l'invention.

	Moulage classique sous pression		Moulage + traitement T6		Moulage suivant l'invention
	RT (MPa)	Δ1/1 (%)	RT (MPa)	Δ1/1 (%)	RT (MPa)	Δ1/1 (%)
AS9U3	200	0,5 - 1,5	---	---	230	2
ZA27	430-500	0,5 - 3	---	---	480	8
GA9Z1	180	2	360	3-6	280	5,5

[0041] Sur ce tableau le premier alliage est un AS9U3, c'est-à-dire un alliage d'aluminium à 9% de silicium et 3% de cuivre. On remarque que le procédé suivant l'invention permet d'améliorer à la fois la résistance à la traction et l'allongement avant rupture d'un tel alliage.

[0042] Le second alliage est un ZA27, c'est-à-dire un alliage de zinc contenant 27% d'aluminium. On a constaté qu'un tel alliage posséde de bonnes caractéristiques de résistance à la traction et une résistance à l'allongement moyenne. Le procédé suivant l'invention conserve la résistance à la traction satisfaisante de l'alliage et multiplie par plus de deux la caractéristique d'allongement avant rupture de celui-ci.

[0043] Le troisième alliage est un GA9Z1, c'est-à-dire un alliage de magnésium contenant 9% d'aluminium et 1% de zinc. On constate que le procédé suivant l'invention améliore, de façon notable, la résistance à la rupture et multiplie par plus de 2 la caractéristique d'allongement. On sait d'autre part que les caractéristiques mécaniques de résistance à la rupture et d'allongement d'un tel alliage peuvent être améliorées par un traitement thermique de type T6, dont on a exposé précédemment les diverses phases. On a ainsi fait figurer dans le tableau précédent les caractéristiques de l'alliage GA9Z1 moulé par gravité et après traitement thermique T6, afin de le comparer au procédé suivant l'invention. On constate ainsi que, si le traitement T6 multiplie par des coefficients respectifs de 2 et 3 la résistance à la rupture et l'allongement avant rupture de l'alliage GA9Z1, le procédé suivant l'invention multiplie ces mêmes caractéristiques par des coefficients respectifs de 1,5 et 2,8.

[0044] Cependant, bien que les caractéristiques mécaniques dues au procédé suivant l'invention se situent légèrement en retrait de celles obtenues par le traitement T6, le procédé suivant l'invention permet néanmoins d'obtenir des résultats très voisins de ce dernier et ce pour des temps de mise en oeuvre incomparablement inférieurs. En effet, comme indiqué précédemment, un temps de traitement moyen du procédé T6 est de l'ordre de quarante heures, alors que le procédé suivant l'invention ne requiert que les temps de coulée du lingot, de réchauffage de celui-ci, et d'injection de la pièce définitive, ce qui ne représente que quelques dizaines de secondes.

[0045] Bien entendu les opérations de coulée du lingot 14, de réchauffage de celui-ci et d'injection peuvent être réalisées par tout autre dispositif que ceux décrits précédemment.

[0046] Ainsi, comme montré sur la figure 8, l'opération de coulée du lingot 14 peut être réalisée au moyen d'une lingotière constituée d'un tube vertical 40 à l'intérieur duquel sont montés mobiles deux pistons, à savoir un piston supérieur 42 et un piston inférieur 44 entre lesquels on amène l'alliage en fusion, ce dernier étant injecté, par déplacement vers le bas du piston supérieur 42, au travers d'une buse d'injection latérale 46 prévue dans la paroi de la lingotière 40, dans une empreinte 48 d'un moule 50. Comme précédemment, des talons de lavage 12 et des trainées d'air 12' sont prévus dans la paroi du moule 50 opposée à la buse d'injection 46 pour évacuer, au cours de la coulée du lingot 14, une quantité d'alliage égale à au moins le quart du volume du lingot 14. De façon connue des éjecteurs 52 traversent la paroi du moule et assurent, dès l'ouverture de celui-ci, l'éjection du lingot.

[0047] Comme illustré sur la figure 8, l'utilisation d'une buse d'injection 46 de section réduite améliore la finesse de la structure du lingot en réalisant un "cisaillement" de l'alliage.

[0048] Les opérations de coulée du lingot et d'injection de la pièce à mouler peuvent être réalisées, à la suite l'une de l'autre, par une machine de moulage unique, du type de celle représentée sur les figures 9 à 14.

[0049] Cette machine de moulage est du type vertical et comprend successivement, de haut en bas, une section supérieure A de coulée d'un alliage liquide 100 déversé dans cette section, une section intermédiaire d'injection C et une section inférieure de réchauffage B. La section supérieure de coulée A comprend une lingotière 102 dans laquelle est déversé l'alliage liquide 100. La paroi de la lingotière 102 contient des canaux 103 parcourus par un fluide de refroidissement, tel que de l'eau froide. Le métal liquide 100 est déversé à partir d'une goulotte d'alimentation 104 et il remplit le volume interne, ou empreinte 105, de la lingotière 102, en formant un bain d'alliage liquide.

[0050] Le métal liquide se trouvant dans la lingotière 102 est retenu, vers le bas, par un piston inférieur 106, coulissant verticalement dans l'empreinte 105 de la lingotière 102 et dont la surface supérieure est revêtue d'une galette 107 en un matériau résistant à la chaleur, telle qu'une galette de céramique. Au-dessus de la lingotière 102 et dans l'axe de celle-ci, se trouve un piston supérieur 108 qui est solidaire d'une tige de piston verticale 108a, s'étendant vers le haut et mobile verticalement, et dont les dimensions transversales correspondent à celles de l'empreinte 105 de la lingotière 102, de telle façon que le piston supérieur 108 puisse coulisser étroitement dans cette empreinte. De préférence, l'orifice de sortie de la goulotte 104 d'alimentation en métal liquide 100 et le piston 108 sont logés à l'intérieur d'une enceinte 109 dans laquelle est introduit un gaz protecteur ou un mélange de gaz protecteur approprié.

[0051] La lingotière 102 présente, à son extrémité inférieure, une bride périphérique 110 par laquelle elle est assemblée, au moyen d'organes de fixation non représentés, avec interposition d'une garniture isolante annulaire 112, avec une bride périphérique supérieure 113 d'une chambre d'injection cylindrique 114 située sous la lingotière 102 et faisant partie de la section d'injection C. Cette chambre d'injection 114 présente un volume interne ou alésage 115 qui la traverse de part en part axialement et qui s'étend vers le bas dans le prolongement de l'empreinte 105 de la lingotière supérieure 102 et qui a les mêmes dimensions que celle-ci. Le piston inférieur 106 est prolongé, vers le bas, par une tige de piston 106a qui s'étend à travers toute la section intermédiaire d'injection C et à travers la section inférieure de réchauffage B, comme il apparaît sur la figure 9. La tige de piston 106a est actionnée, à son extrémité inférieure, par des moyens non représentés, lui permettant d'effectuer un mouvement axial alternatif à travers les sections A,C et B de la machine. Dans la paroi cylindrique de la chambre d'injection 114 sont logées des résistances chauffantes 117 dont les fils d'alimentation électrique 118 sortent à l'extrémité inférieure de la paroi de la chambre 114 en passant à travers une chambre annulaire 119 disposée sous l'extrémité inférieure de la chambre d'injection 114. Dans cette chambre annulaire 119 circule un flux de gaz de refroidissement, lequel pénètre dans la chambre par un orifice d'entrée 121 et en sort par un orifice 122. La chambre d'injection intermédiaire 114 est ainsi maintenue à une température qui est fonction de la nature de l'alliage devant être coulé et qui inférieure à la température de solidus de l'alliage.

[0052] Dans la partie inférieure de la paroi latérale de la chambre d'injection 114 est logée une buse d'injection 123 débouchant dans l'alésage 115 de la chambre d'injection 114 et communiquant avec l'empreinte 126 d'un moule en deux parties 124. Ce moule 124 comprend un demi-moule fixe femelle 124a, formé latéralement dans la surface externe de la paroi de la chambre d'injection 114, et un demi-moule mâle 124b mobile horizontalement et radialement. Le demi-moule mâle mobile 124b comporte des résistances chauffantes 125 qui maintiennent le moule 124 sensiblement à la même température que la chambre d'injection 114. Le moule porte également des éjecteurs qui assurent l'éjection de la pièce moulée.

[0053] La chambre d'injection 114 est prolongée, vers le bas, par un tube de quartz 127 de diamètre interne plus grand que celui du piston 106 et de l'alésage 115 et se raccordant à celui-ci par l'intermédiaire d'une section d'entrée 128 de l'alésage 115 qui est tronconique et convergente vers le haut, c'est-à-dire vers l'alésage 115.

[0054] A l'endroit de la section inférieure de réchauffage B le tube de quartz 127 est entouré par une bobine externe de chauffage par induction 130.

[0055] Dans la position de départ, le piston supérieur 108 est placé au-dessus de la goulotte 104 d'alimentation en métal liquide 100, et le piston inférieur 106 se trouve dans sa position extrême supérieure, dans laquelle il est engagé dans la partie inférieure de la lingotière 102. Le métal liquide 100 est déversé dans la lingotière 102 et il forme une masse liquide qui se refroidit progressivement, du fait que la paroi de la lingotière 102 est refroidie par la circulation d'eau dans les conduits 103.

[0056] Lorsque la masse de métal liquide désirée a été déversée dans la lingotière 102, on fait descendre le piston supérieur 108 pour comprimer le métal liquide, au cours de son refroidissement jusqu'à une température T_m supérieure à l'ambiante et inférieure à la température de solidus de l'alliage, ainsi qu'exposé précédemment. On obtient ainsi un lingot 14 à structure dendritique fine.(Figure 10)

[0057] Une fois que le lingot 14 a été solidifié, il est éjecté de la lingotière 102 par le piston supérieur 108 qui est alors déplacé vers le bas, en étant accompagné dans ce même mouvement par le piston inférieur 106. Autrement dit le lingot 14, toujours maintenu entre les deux pistons 106 et 108, est amené à descendre et à passer à travers la totalité de la lingotière 102 puis de la chambre d'injection 114, pour arriver dans la section inférieure de réchauffage B, à l'intérieur du tube de quartz 127 et de la bobine de chauffage par induction 130. Ensuite le piston supérieur 108 est séparé de la surface supérieure du lingot et est placé à la base de la chambre d'injection 114. La bobine de chauffage par induction 130 est alors alimentée en courant alternatif (figure 11) de manière à provoquer un réchauffement du lingot 14 à une température comprise entre les températures de solidus T_s et de liquidus T_l de l'alliage, si bien que le lingot ainsi réchauffé 14a se trouve mis dans un état de gelée thixotrope de structure semi-solide, d'aspect globulaire.

[0058] Au cours de l'étape suivante (figure 12), le piston inférieur 106, équipé de la galette isolante en céramique 107, remonte rapidement (à une vitesse de l'ordre de 1 à 2 mètres par seconde) et fait remonter ainsi le lingot 14a pour le placer à l'intérieur de la chambre d'injection 114.

[0059] Au cours de l'étape suivante (figure 13), le piston supérieur 108 est abaissé, alors que le piston inférieur 106 est maintenu fixe, si bien que le lingot 14a, à l'état de gelée thixotrope, est comprimé dans l'alésage 115 de la chambre d'injection 114. Le métal pâteux constituant le lingot 14a est alors injecté, à travers la buse 123, dans l'empreinte 126 du moule 124.

[0060] Au cours de la dernière étape (figure 14) le moule 124 s'ouvre, par un mouvement horizontal et radial du demi-moule mâle mobile 124a vers l'extérieur, et les éjecteurs assurent le démoulage de la pièce P ainsi formée. Après l'éjection et l'évacuation de cette pièce P, le moule 124 se referme, le demi-moule mâle mobile 124b s'engageant dans le demi-moule femelle fixe 124a prévu dans la paroi de la chambre d'injection 114. Parallèlement, après la fin de l'opération d'injection, le piston inférieur 106 est déplacé vers le haut, de manière que sa galette isolante en céramique supérieure 107 fasse un peu saillie au-dessus de la surface supérieure de la lingotière 102, ce qui permet d'éjecter la galette constituant le résidu du lingot 14a après coulée.

[0061] Dans la machine de coulée sous pression qui a été décrite, les sections de coulée A, d'injection C et de réchauffage B sont prévues successivement dans cet ordre, de haut en bas. Toutefois une telle disposition n'est pas limitative et la section de réchauffage B pourrait se trouver en position intermédiaire, juste en-dessous de la section de coulée supérieure A et au-dessus de la section d'injection C se trouvant alors en position inférieure.

[0062] Bien entendu, bien que la machine de moulage ici décrite soit à axe vertical, on pourrait également prévoir celle-ci avec une disposition suivant un axe horizontal.

Revendications

1. Procédé de moulage d'un lingot à structure dendritique fine à partir d'un alliage métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une coulée sous pression de l'alliage en fusion à l'intérieur d'une empreinte (8,48,105) d'un moule (10,50,102), cette empreinte étant maintenue, tout au long de la coulée, à une température sensiblement constante, supérieure à la température ambiante et inférieure à la température de solidus de l'alliage.

2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la coulée sous pression est suivie d'un refroidissement du lingot (14) à une température proche de la température ambiante.

3. Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport de la température absolue du solidus (T_s) de l'alliage sur la température absolue (T_m) à laquelle on maintient l'empreinte (8,48,105) du moule (10,50,102) pendant la coulée, est compris entre 1,5 et 2,5.

4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alliage est un alliage de magnésium et la température à laquelle est maintenue l'empreinte (8,48,105) du moule (10,50,102) au cours de la coulée du lingot (14) est de l'ordre de 150°C.

5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au cours de la coulée du lingot (14) on évacue hors de l'empreinte (8,48) un volume de métal en fusion égal au moins au quart du volume du lingot (14), dans au moins une cavité (12), cette cavité étant disposée sur une partie du moule (10,50) sensiblement opposée à un canal d'injection (4,46) par lequel on injecte l'alliage dans celle-ci et qui débouche dans l'empreinte (8,48).

6. Procédé suivant la revendication 5 caractérisé en ce que la cavité (12) est en communication avec l'extérieur par au moins un canal (12').

7. Procédé suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le volume de métal en fusion évacué hors de l'empreinte (8) est injecté dans au moins une autre empreinte (16) de façon à couler, en même temps que la coulée du lingot (14), au moins une autre pièce (16').

8. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on assure, lors de la coulée du lingot (14), la mise en température de l'empreinte (8,48,105) du moule (10,50,102) par une coulée préalable d'une série de lingots (14), et en ce que l'on maintient cette température par la chaleur fournie au moule par les lingots (14) au cours de leur coulée.

9. Procédé de moulage sous pression d'un alliage métallique permettant la fabrication de pièces sans porosités, en utilisant un lingot (14) moulé par un procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :

- réchauffer ledit lingot (14) pour l'amener à une température comprise entre les températures de solidus et de liquidus de l'alliage qui le constitue, de façon à l'amener à un état pâteux de type gelée thixotrope,

- réaliser l'injection sous pression de ladite pièce, à partir du lingot à l'état thixotrope, dans au moins une empreinte (32',126) d'au moins un moule (33,124).

10. Procédé suivant la revendication 9 caractérisé en ce que l'étape de réchauffage du lingot (14) est assurée par des moyens de chauffage par induction (20).

11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on injecte sur ledit alliage, au moins au cours de l'une des étape de mise en oeuvre du procédé, un gaz protecteur.

12. Machine de moulage sous pression d'un alliage métallique, permettant la fabrication de pièces sans porosités, caractérisée en ce qu'elle comprend trois sections disposées les une à côtés des autres, à savoir une section de coulée (A), comprenant une lingotière (102) refroidie par circulation d'un fluide, une section de réchauffage (B) et une section d'injection (C), ces trois sections (A,B,C) présentant des volumes internes respectifs (105,115,127) alignés longitudinalement pour constituer un canal de traitement continu, et au moins un piston (106) mobile longitudinalement dans ce canal de traitement (105,115,127), ce piston (106) servant de fond pour l'empreinte (105) de la lingotière (102) de la section de coulée (A), pendant son remplissage avec le métal liquide, intervenant éventuellement pour transporter, dans la section de réchauffage (B), le lingot (14a) formé après refroidissement et intervenant pour la coulée sous pression, dans la section d'injection (C), du lingot réchauffé se présentant sous la forme de gelée thixotrope.

13. Machine suivant la revendication 12 caractérisée en ce que la section d'injection (C) est située entre la section de coulée (A) et la section de réchauffage (B) et un joint isolant thermiquement (112) est interposé entre la section de refroidissement (A) et la section d'injection (C).

Claims

1. Method for moulding an ingot with fine dendritic structure from a metal alloy, characterized in that it consists in making a pressure casting of the molten alloy inside an impression (8, 48, 105) of a mould (10, 50, 102), this impression being maintained, during the whole casting process, at a substantially constant temperature greater than the ambient temperature and less than the solidus temperature of the alloy.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the pressure casting is followed by a cooling of the ingot (14) to a temperature close to ambient temperature.

3. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the ratio of the absolute solidus temperature (T_S) of the alloy with respect to the absolute temperature (T_m) at which the impression (8, 48, 105) of the mould (10, 50, 102) during casting, is maintained, is included between 1.5 and 2.5.

4. Method according to any one of the preceding Claims, characterized in that the alloy is a magnesium alloy and the temperature at which the impression (8, 48, 105) of the mould (10, 50, 102) is maintained during casting of the ingot (14) is of the order of 150°C.

5. Method according to any one of the preceding Claims, characterized in that, during casting of the ingot (14), a volume of molten metal equal to at least one quarter of the volume of the ingot (14) is evacuated from the impression (8, 48) into at least one cavity (12), this cavity being disposed on a part of the mould (10, 50) substantially opposite an injection channel (4, 46) via which the alloy is injected into the latter and which opens out in the impression (8, 48).

6. Method according to Claim 5, characterized in that the cavity (12) is in communication with the outside via at least one channel (12').

7. Method according to Claim 5, characterized in that the volume of molten metal evacuated from the impression (8) is injected into at least one other impression (16) so as to cast, at the same time as the ingot (14) is cast, at least one other piece (16').

8. Method according to Claim 1, characterized in that, during casting of the ingot (14), the temperature of the impression (8, 48, 105) of the mould (10, 50, 102) is rendered suitable by a prior casting of a series of ingots (14), and in that this temperature is maintained by the heat furnished to the mould by the ingots (14) during casting thereof.

9. Method for pressure casting a metal alloy allowing manufacture of porosity-less pieces, by using an ingot (14) cast by a method according to one of the preceding Claims, characterized in that it comprises the steps consisting in:

- heating said ingot (14) to take it to a temperature included between the solidus and liquidus temperatures of the alloy which constitutes it, so as to take it to a pasty state of the thixotropic gel type,

- effecting injection under pressure of said piece, from the ingot in the thixotropic state, into at least one impression (32', 126) of at least one mould (33, 124).

10. Method according to Claim 9, characterize in that the step of heating the ingot (14) is ensured by means (20) for heating by induction.

11. Method according to any one of the preceding Claims, characterized in that a protector gas is injected on said alloy, at least during one of the steps for carrying out the method.

12. Machine for pressure casting a metal alloy, allowing manufacture of porosity-less pieces, characterized in that it comprises three sections disposed side by side, namely a casting section (A), comprising an ingot mould (102) cooled by circulation of a fluid, a heating section (B) and an injection section (C), these three sections (A, B, C) presenting respective inner volumes (105, 115, 127) aligned longitudinally to constitute a continuous treatment channel, and at least one piston (106) mobile longitudinally in this treatment channel (105, 115, 127), this piston (106) serving as bottom for the impression (105) of the ingot mould (102) of the casting section (A), during its filling with the liquid metal, possibly intervening to transport, into the heating section (B), the ingot (14a) formed after cooling, and intervening for the pressure casting, in the injection section (C), of the heated ingot in the form of thixotropic gel.

13. Machine according to Claim 12, characterized in that the injection section (C) is located between the casting section (A) and the heating section (B) and a thermally insulating joint (112) is interposed between the cooling section (A) and the injection section (C).

Ansprüche

1. Verfahren zum Gießen eines Blocks mit feiner dentritischer Struktur aus einer Metallegierung, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Durchführung eines Druckgusses einer schmelzflüssigen Legierung in das Innere eines Formhohlraums (8,48,105) einer Form (10,50,102) besteht, wobei dieser Formhohlraum den ganzen Guß hindurch bei einer etwa konstanten Temperatur gehalten wird, die oberhalb Umgebungstemperatur und unterhalb dar Solidus-Temperatur der Legierung liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Druckguß eine Abkühlung des Gußkörpers oder Blocks (14) auf eine Temperatur nahe der Umgebungstemperatur erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der absoluten Solidus-Temperatur der Legierung (T_s) zu der absoluten Temperatur (T_m), bei der der Formhohlraum (8,48,105) der Form (10,50,102) während des Gusses gehalten wird, zwischen 1,5 und 2,5 liegt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Magnesiumlegierung ist und daß die Temperatur, bei der der Formhohlraum (8,48,105) der Form (10,50,102) während des Gusses des Blocks (14) gehalten wird, in der Größenordnung von 150 C° liegt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Gusses des Gußkörpers oder Blocks (14) außerhalb des Formhohlraums (8,48) ein Volumen schmelzflüssigen Metalls, das mindestens einem Viertel des Volumens des Blocks (14) entspricht, in mindestens einen Hohlraum (12) abzieht, wobei dieser Hohlraum auf einer Seite der Form (10,50) etwa gegenüber einem Einlaßkanal (4,46) liegt, durch den man die Legierung in die Form injiziert und der in den Formhohlraum (8,48) mündet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (12) in Verbindung mit der äußeren Umgebung steht durch mindestens einen Kanal (12').

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen schmelzflüssigen Metalls, das außerhalb des Formhohlraums (8) abgezogen wird, in mindestens einen anderen Formhohlraum (16) injiziert wird, in der Weise, daß zur gleichen Zeit wie der Guß des Blocks (14) mindestens ein anderes Stück (16') gegossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei dem Guß des Gußkörpers oder Blocks (14) die Temperatureinstellung des Formhohlraums (8,48,105) der Form (10,50,102) durch einen vorhergehenden Guß einer Reihe von Gußkörpern (14) vornimmt, und daß man diese Temperatur mittels der durch die Blocks (14) bei ihrem Guß an die Form abgegebenen Wärme aufrechterhält.

9. Verfahren zum Druckguss einer metallischen Legierung, welches die Herstellung von porenfreien Stücken ermöglicht, unter Verwendung eines Gußkörpers (14), der nach einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche gegossen wurde, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfasst:

- Erwärmen des Gußkörpers (14) um zu einer Temperatur zwischen der Solidus- und Liquidus-Temperatur der ihn bildenden Legierung zu gelangen in der Weise, daß ein pastöser Zustand eines thixotropen gallertartigen Type erreicht wird,

- Injektion unter Druck des genannten Stücks, ausgehend von dem Gußstück im thixotropen Zustand, in mindestens einen Formhohlraum (32', 126), mindestens einer Form (33,124).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Wiedererwärmung des Blocks (14) mittels Induktionsheizung (20) erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die genannte Legierung bei mindestens einer der Arbeitsschritte des Verfahrens ein Schutzgas aufbringt.

12. Vorrichtung zum Druckguß eines metallischen Legierung, die die Herstellung von porenfreien Stücken ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß sie 3 nebeneinanderliegende Abschnitte aufweist, nämlich eine Gußsektion (A), die eine durch Kreislauf einer Flüssigkeit gekühlte Gießform (102) aufweist, eine Aufheizsektion (B) und eine Injektionssektion (C), wobei diese drei Sektionen (A,B,C) jeweils interne Volumina (105,115,127) aufweisen, die in Längsrichtung nach aufgereiht sind, so daß sie einen Kanal zu kontinuierlichen Behandlung bilden, und wenigstens einen in Längsrichtung beweglichen Kolben (106) in diesem Behandlungskanal (105,115,127), wobei dieser Kolben (106) als Boden für den Formhohlraum (105) der Gießform (102) der Gießsektion (A) dient während seiner Füllung mit dem flüssigen Metall und gegebenenfalls für den Transport des Gießkörpers (14a), der nach Abkühlung gebildet wird, in die Aufheizsektion (B), und in der Injektionssektion (C) zum Druckguß des aufgewärmten Gießkörpers, der in Form einer thixotropen, gallertartigen Masse vorliegt, eingreift.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionssektion (C) zwischen der Gießsektion (A) und der Aufheizsektion (B) liegt und daß eine thermisch isolierende Verbindung (112) zwischen der Abkühlsektion (A) und der Injektionssektion (C) liegt.

Dessins