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La présente invention a pour objet un appareillage
pour l'analyse thermique des alliayes d'aluminium.
Le contrôle par analyse thermique des alliages métal-
liques liquides consiste à prélever un échantillon de métal li-
quide et à le laisser se solidifier dans des conditions identi-
ques et reproductibles tout en enregistrant l'évolution de la
température en fonction du temps. On sait en effet que dans les
alliages composés de plusieurs constituants, il existe un inter-
valle de solidification entre la température du liquidus (début
de solidification) et du solidus (fin de solidification). Mais
a l'intérieur de cet intervalle la température ne décroit pas
de facon uniforme : le dépôt d'une nouvelle phase se traduit en
effet par des changements plus ou moins brutaux de pente, les
dépôts d'eutectiques par des paliers. L'observation de ces acci-
dents, l'importance des paliers renseignent sur la composition
de l'alliage. Ce procédé est couramment employé pour le contrô-
le avant coulée des fontes et des aciers. On repère dans ce
cas, la temperature de début de solidification de l'alliage ce
qui donne une indication sur la composition chimique (équivalent
en carbone dans les fontes, teneur en carbone des aciers).
Pour ce genre de mesures, le métal liquide est versé
dans un creuset habituellement réalisé en sable a noyau que l'on
protege intérieurement. Ce creuset est muni, approximativement
en son centre d'un thermocouple inséré dans le creuset au mo-
ment de sa fabrication. Comme la soudure de ce thermocouple
est directement au contact du métal pendant la mesure, le fil
- utilisé doit être relativement robuste et a par exemple un dia-
metre de l'ordre de 0,5mm. Les creusets ne servant qu'une fois,
ils sont généralement prévus pour être disposés sur un support
muni de broches assurant le contact quand le creuset repose sur
son support entre les fils du thermocouple et le cordon de com-
pensation qui les relie à l'appareil enregistreur.
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Dans le cas de l'analyse thermique des al]iages d'alu-
minium et en particulier dans le cas des alliages de moulage alu-
minium-silicium qui sont proches de l'eutectique plus que des in-
formations sur la composition, ce sont des informations sur l'é-
tat de modification de l'alliage qui sont intéressantes. On sait,
en effet, que ce type d'alliage peut présenter des structures
métallographiques très différentes (modifiées) selon la présence
ou l'absence d'éléments difficilement dosables ou qui s'élimi-
nent facilement, tels le sodium, le calcium, le phosphore, l'an-
timoine... Les traits distinctifs de cette structure sont laprésence ou l'absence de Si primaire, la structure fine ou gros-
sière de l'eutectique Al-Si, la forme et la taille des dendrites
d'aluminium. Or ces structures ont une influence considérable
non seulement sur les caractéristiques mécaniques des pièces
moulées, mais également sur leurs propriétés de fonderie et
notamment la taille et la forme de la retassure. C'est ainsi
que certaines pièces coulées, en particulier en coquille, ne
peuvent être obtenues saines qu'avec une structure ou un degré
de modification bien déterminé. Il est donc très important de
connaître immédiatement avant la coulée l'état de modification
ou l'alliage que l'on s'apprête à couler. Or cet état de modi-
fication peut etre apprécié par certains des parametres des
courbes de refroidissement tels que la surfusion à la solidifi-
cation eutectique, la température précise au palier eutectique,
la pente de la courbe de refroidissement après solidification
eutectique. Les variations de ces paramètres sont plus faibles
que dans le cas des alliages ferreux ce qui nécessite des mesu-
res plus précises. Il est alors avantageux d'utiliser un maté-
riel différent de celui décrit ci-dessus afin de résoudre les
0 problèmes suivants:
a) avec le creuset tel que décrit plus haut, la quan-
tité de chaleur absorbée par le creuset au moment de son remplis-
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sage est trop importante. Ceci perturbe le début de la courbe
et peut même parfois masquer completement le début de solidifi-
cation (la température du liquidus étant atteinte avant même
que le couple ait atteint la température de l'alliage). Mais,
même si ceci n'est pas le cas, la vitesse d'évacuation des calo-
ries n'est pas constante pendant toute la solidification, ce
qui a pour inconvénient de rendre imprécis le contrôle d'affi-
nage.
On remédie en partie à cet inconvénient en préchauf-
fant le creuset mais ceci complique la mesure et crée une nou-
velle source de dispersion.
b) Le diamètre du couple est trop important ce qui
provoque une perturbation de la mesure principalement en fin de
solidification. En effet, le couple contribue a l'évacuation
des calories, probablement par conduction a travers les fils,
ce qui provoque dans certains cas l'apparition d'un deuxieme
front de solidification qui se dirige du couple vers l'exté-
rieur.
Ce phénomene rend totalement impossible la prévision
du comportement de l'alliage à la retassure qui consiste à ap-
précier la régularité du front de solidification normal qui se
déplace de l'extérieur vers l'intérieur.
- c) I.e temps de solidification est trop court et ne
permet pas de bien apprécier les phénomenes.
La demanderesse a découvert et mis au point un dispo-
sitif permettant de résoudre ces problemes et donc particulière~
ment adapté à l'analyse thermique des alliages d'aluminium.
Un creuset pour alanyse thermique d'alliages d'alumi-
nium comprend donc, selon la présente invention:
une enveloppe métallique, en forme de cylindre muni
d'un fond dont les parois latérales sont constituées par une
tôle métallique mince et dont le fond est muni d'un trou central,
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une galette en matériau isolant disposée au fond de
cette enveloppe dont elle épouse la forme, et percée de part en
part d'un trou axial quiprolonge le trou central du fond,
une gaine métallique pour thermocouple à paroi mince
maintenue ou scellée dans l'orifice central de la galette dont
la partie supérieure fermée est sensiblement au milieu de la
hauteur du cylindre au-dessus de la galette et dont la partie
inférieure ouverte ne touche pas le fond métallique de l'enve-
- loppe.
La présente invention va être maintenant décrite plus
en détails mais d'une manière non limitative avec références
aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente un dispositif selon l'art
antérieur,
- la figure 2 représente un dispositif selon la pré-
sente invention.
Selon l'art antérieur, on utilise un appareil tel que
représenté sur la figure 1. Le métal liquide est versé dans un
creuset habituellement réalisé en sable à noyau 1 que l'on protège
intérieurement. Ce creuset est muni, approximativement en son
centre d'un thermocouple 2 inséré dans le creuset au moment de
sa fabrication. Comme la soudure de ce thermocouple est direc-
tement au contact du métal pendant la mesure, le fil utilisé doit
; être relativement robuste et a par exemple un diamètre de llordre
de 0,5 mm. Les creusets ne servant qu'une fois, ils sont géné-
- ralement prévus pour être disposés sur un support 3 muni de
broches assurant le contact quand le creuset repose sur son
support entre les fils du thermocouple et le cordon de compensa-
tion 4 qui les relie à l'appareil enregistreur 5.
Le dispositif selon la présente invention, représenté
figure 2, est constitué par un petit creuset en tôle d'acier
mince 6 dont le fond est percé par un trou central 7. Au fond
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de ce creuset, on place une galette en matériau isolant thermi-
quement par exemple en sable à noyau 8 de quelques millimètres à
quelques dizaines de mm d'épaisseur. Ce-tte galette maintient en
son centre un tube métallique fin 9, par exemple en acier inoxy-
dable, fermé à sa partie supérieure, qui sert de gaine protectri-
ce au thermocouple utilisé pour la mesure. La partie inférieure
du tube est noyée dans la galette en sable à noyau et ne touche
pas le fond métallique du creuset de manière à éviter les pertes
thermiques par le fond du creuset.
On introduit à l'intérieur du tube métallique central
un couple thermoélectrique blindé de fa~on à ce que la soudure
de ce thermocouple soit sensiblement au niveau de la partie su-
périeure fermée du tube central.
A titre d'exemple, les dimensions du creuset peuvent
être les suivantes:
- diamètre de 40 mm à 70 mm de préférence voisin de
55 mm,
- hauteur de 50 mm à 120 mm de préférence voisine de
95 mm.
La tôle doit être de faible épaisseur de 0,1 à 1 mm,
de préférence voisine de 0,2 mm afin que la capacité calorifi-
que soit peu importante. Pour la même raison, la gaine du ther-
mocouple et le couple lui-même doivent être de faibles dimen-
sions : on utilisera de préférence un couple blindé, de diamètre
voisin de 1 mm introduit dans une gaine de diamètre supérieure
un peu plus élevée. La longueur de la gaine est telle que sa
partie supérieure soit sensiblement au niveau du milieu de la
hauteur libre au-dessus de la galette en matériau isolant dont
l'épaisseur est de l'ordre de 15 mm.
Un tel dispositif présente les avantages suivants:
- sa capacité calorifique est peu importante,
- son inertie thermique est très faible de sorte que
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la mise en température du creuset lui-meme et du thermocouple
est pratiquement instantanée,
- l'effet "refroidisseur" du couple est pratiquement
négl.igeable,
- le thermocouple est permanent, il n'est pas détruit
à chaque mesure comme dans le cas précedent,
- le temps de solidification de l'echantillon est en
moyenne de 6 mm 30 s ce qui permet une bonne mise en evidence
des phenomenes~
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