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~2~851g
La presente invention a pour o~jet un proce-
de et un disposltif de traitement d'un métal liquide
moule sous basse pression, par exemple de la fonte à
inoculer.
Comme on le sait, l'inoculation de la fonte
à graphite lamellaire ou à graphite spheroidal, o~ à
graphite vermiculaire peut etre realisée à 1 aide d un
inoculant tel que par exemple le tcrro-silicium, sous
forme de poudre préalablement lntrodulte dans un mou-
le, dans la technique de moulage sous basse pression,
c est-~-dire la technique suivant laquelle la fonte
liquide est introdulte de force, dans un moule, par
coulée ascendante, sous L action d une pression
gàzeuse relativement basse, de 1 ordre de 0,2 à 1,5
bars.
D'une maniere générale, on sait depuis long-
temps que 1 inoculation de la fonte à 1 aide de fer-
ro-silicium ou d autres produits graphitisants a pour
but de favoriser la graphitisation, c est-à-dire la
formatlon de graphite libre lors de la solidification
de la fonte, en vue d obtenir une bonne résilience du
produit moulé, et que cette inoculation est d autant
plus efficace qu elle est effectuée au plus pres du
moule, juste avant l'introduction de la fonte dans le
moule. On a meme effectué l'inoculation à l'intérieur
du moule. En effet, 1 effet d'inoculation de la fonte
liquide n'est pas durable et tend à s'estomper en
quelques minutes de sorte qu il faut eviter un delai
trop long entre 1 inoculation et l'alimentation du
moule en fonte liquide.
On connait par ailleurs un procéde d'inocu-
lation consistant à utiliser l'inoculant sous -forme
d un fil sans fin. Le fil a pour avantages d etre
facile à manipuler, de se preter à une manutention
mecanisée lorsqu il est enroule sur une bobine qu il
,
8514
suffit de dérouler, d assurer un dosa3e précis de la
quantité de matériau inoculant. et enfin de fondre fa-
cilc-~ent dans une fonte liquide.
C'est ainsi que l'on connait par le brevet
FR-A-2 276 124 un procédé d addition d un métal
réactif sous forme d un élement allongé suspendu à
l intérieur d un moule que l on emplit de métal liqui-
de à traiter. Lorsque le niveau du métal liquicle monte
dans le moule, l élément réactif allongé fond dans le
métal en fusion en libérant le metal reactif dans la
masse fondue. Le moule est alimenté en métal liquide
par gravité. Donc la coulée est descendante. Aucun
probleme ne se pose pour la mise en suspension de
l élément réactif allongé à l interieur du moule.
Cette mise en place s'effectue manuellement et
l inoculation s effectue à 1 intérieur du moule.
Le brevet FR-A-2 278 432 concerne l emploi
d un inoculant sous forme d un fil sans fin déroulé
d une bobine pour etre introduit en suspension ver-
ticale dans un bassin prévu dans le moule. Ce bassin
est situé sur le trajet du métal liquide a traiter,
trajet qui s'accomplit a travers un chenal de coulee
alimentant l'empreinte de moulage proprement dite,
entre le jet de coulée vertical par gravite et ladite
empreinte de coulee. En raison de la rapidité de
- passage du métal liquide à travers ce bassin interme-
diaire d inoculation dans lequel est immergee l'extre-
mité inferieure du fil inoculant suspendu, il est dif-
ficile d obtenir une bonne homogenéite d inoculation
du métal liquide, donc de la masse de metal introduite
dans l empreinte de moulage. Ce risque de manque
d homogéneite de l inoculation est d'autant plus grand
que l empreinte de moulage est plus volumineuse ou
bien plus compliquée, notamment en vue du moulage de
:~
::
~218S~4
pièces minces. En effet, la solidification du metal
liquide est alors Sl rapide qu elle est achevée avant
que le fll lnoculant n ait pu se dissoudre complete-
ment dans le meta]. llquide. de sorte que l inoculation
est incomplète et hétérogène.
On connait er)core par le document Giesserei-
Praxis n 3 du 10 Fevrier 1982, pages 2~ à 36, la
techrlologie de l inoculation de la fonte au moyen d un
fil susceptible d etre déroulé d une bobine, ce fil
d inoculation étant introduit dans l'axe du jet de
coulée gravitaire en provenance d un bassin de coulée
ou d'une poche de coulée a quenouille.
On peut ainsi espérer avoir une meilleure
homogénéité d inoculation étant donne que le métal
liquide reste en contact avec le fil inoculant sur une
certaine longueur de celui-ci, juste avant l'introduc-
tion dans le jet de coulée verticale du moule.
Mais dans ces trois exemples antérieurs
connus, il s agit d une coulée verticale par gravité
et non pas d une coulée verticale ascendante sous
basse pression pour alimenter un moule.
Or, le probleme de l'inoculation au moyen
d un fil dans la technique de coulée ascendante de la
fonte sous basse pression se pose car l'entrée du
moule pour la fonte liquide, qui devrait être egale-
ment 1 entrée du fil, n est pas accessible, En effet.elle est placee en contact étanche avec un ajutage su-
périeur d une cheminée de montée de la fonte liquide
ou d un tube de coulée ascendante à partir de la poche
de coulee sous pression. E entrée du moule n'est donc
pas accessible à un fil d inoculation que l on vou-
drait faire défiler. Ce probleme se pose aussi bien
pour des moules pourvus d'évents (empreinte de moulage
communiquant avec l atmosphère par des cheminees~ que
':~
pOUI' des moules borcJnes (ernpreinte de moulage depour-
VUt' d évents), donc sans communicatiotl avec 1 atmos-
phère).
En out-e, la teohnique de coulée asoendante
sous basse pression ne comporte pas de chenal de cou-
lée nl de bassln en amont de 1 empreinte de moulage
susceptible de re~evoir un matériau inoculant.
La presente invention résout ce problème de
1 inoculation au moyen d un fil d un moule metallique
ou en sable, ou bien partlellement métallique et
partiellement en sable, clans la technique de moulage
sous basse pression.
A cet effet, 1 invention a pour objet un
procédé de traitement d un métal liquide moulé sous
basse presslon, notamment pour 1 inoculatlon de la
fonte, dans lequel on moule sous basse pression et par
coulée ascendante dans un moule présentant une em-
prelnte intérieure, le métal liquide situé dans une
poche de coulée sous pression gazeuse, disposée au-
dessous du moule, avec lequel elle communique par unecheminée de coulée ascendante raccordée maniere
étanche à un orifice d alimentation du moule en metal
liquide, caractérisé en ce qu on execute le traitement
du métal liquide au moyen d un fil suspendu à travers
1 empreinte de moulage, sur une longueur superieure à
la hauteur du moule mesurée au-dessus d'un ajutage de
coulée intercalé entre le sommet de la cheminée et
1 orifice d entrée du moule, de manière que la partie
inférieure du fil située audessous du moule et
exterieure à celui-ci soit plongée dans le metal
liquide à traiter sur une longueur determinée
sensiblement dans 1 axe de la cheminée, procede dans
lequel
a) dans une phase précédant la coulée,
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1 extrem1te inférieure du fil est située juste au-
dessus du niveau du metal liquide dans la cheminée;
b) dans la phase suivante, on élève la
presslon gazeuse cians la poche de coulée de manière à
faire monter le niveau du métal liquide a la hauteur
de 1 orifice d alimentation du moule:
c) on maintient la pression et le nlveau de
coulée durant le temps nécessalre au traitement du mé-
tal liquidei
d) et on éleve la pression dans la poche de
coulée jusqu a une valeur supérieure a la précedente
afin de faire monter le
métal liquide dans 1 empreinte de moulage pour
remplir celle-ci.
L'invention s'applique aussi bien à la
fonte et à son inoculation qu'à d'autres metaux et
alliages comme indiqué ci-apres et à d autre traite-
ments que l'inoculation, par exemple a celui de déso-
xydation.
L invention a également pour objet un dispo-
sitif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant
une poche de coulée de metal liquide sous basse
pression gazeuse, un moule présentant une empreinte
intérieure de moulage, disposé au-dessus de la poche
et communiquant avec celle-ci par une cheminée de
coulée ascendante, un ajutage de coulée étant inter-
pose de manière étanche entre un orifice inférieur
d alimentation du moule et 1 extrémi~éé supérieure de
la cheminee, caractérisé en ce que le moule est percé
à sa partie supérieure d un passage suivant 1 axe ver-
~ tical de la cheminée de coulee ascendante, adapté pour
~ recevoir le fil de traitement du métal liquide et dé-
bouchant dans 1 empreinte de moulage.
Suivant une autre caracteristique de l'in-
vention, le fil provenant d une bobine, sur laquelle
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il ~st enroulé, traverse la partie superleure du moule
pourvue d'un orlfice à cet effet et 1~ partie infé-
rleure du mvule de maniere que 1 e~tr~mité inférieure
du fil de traitement dépasse la face inférieure du
moule sensiblement au-dessous de eelle-ci, le fil de
traitement traversant ainsi le moule de part en part.
Que le moule soit en sable ou qu il soit
métallique, le fil traverse la partie superieure du
moule par un trou de manière à déboucher dans 1 em-
preinte de moulage. L étanchéité à l'air dans l'espace
annulaire entre le trou de passage et le fil est fa-
cultative.
Grace a ce procédé et à ce dispositif, et
notamment lorsqu il s agit de 1 inoculation de la
fonte a 1 aide d'un fil inoculant, les conditions
d inoculation homogene et d introduction rapide de la
fonte inoculée dans le moùle apres l'inoculation sont
parfaitement remplies dans la technique de moulage
sous basse pression. En effet, la phase d inoculation
ne dure qu un instant (quelques secondes) avant
1 introduction de la fonte inoculée dans le moule,
elle-meme tres rapicle, mais dure cependant un temps
suffisant pour la fusion complète du fil immergé dans
la cheminée ou le tube de coulée ascendante, de sorte
que la fonte qui va entrer dans le moule est complète-
ment inoculée. En outre, le temps d inoculation est
controlable à volonté.
Dans ce procéde mis en oeuvre au moyen de ce
dispositif, ce n est pas la partie du fil d'inocula-
tion traversant 1 empreinte de moulage qui est
utilisee pour l'inoculation mais c'est la partie
située hors du moule, au-dessous de la face inferieure
du moule, qui est utilisee pour l'inoculation.
En bref, dans la technique connue, l'inocu-
12~851~
lation dans le moule depend du système d alimentationdu rnoule et du débit du metal liquide à inoculer. et
elle se fait en même temps que le remplissage par
gravité du mouLe en métal liquide qui se sqlidifie. Il
en resulte une inoculation souvent lncomplète et
hétérogène, par manque de temps pour etre pleinement
réalisée.
Au contraire, dans la presente invention, il
y a un temps (une phase d inoculation) pour la disso-
lution de l inoculant dans le métal liquicle et il y a
un temps (une pl1ase d alimentation) pour le remplissa-
ge du moule en métal inoculé, et ces deux temps, qui
se succedent rapidement, sont indépendants l un de
l autre et de durées aisément controlables.
D'autres caracteristiques et avantages
apparaitront au cours de la description qui va suivre,
faite en référence aux dessins annexés qui en
illustrent plusieurs modes de realisation non limita-
tifs.
- la Figure 1 est une vue schématique par-
tielle en coupe d un dispositif de mise en oeuvre du
procédé selon l'invention;
- la Figure 2 est une vue schématique en
coupe d un moule borgne en sable auquel est appliquée
l'invention;
- la Figure 3 est une vue schématique en
coupe d'un moule métallique borgne auquel est appli-
quee l'invention;
- les Figures 4, 5, 6, 7 et 8 sont des vues
partielles schématiques en coupe illustrant les dif-
- ferentes phases du procede de coulêe sous basse pres-
~.
~: sion et l'inoculation suivant l'invention;
- les Figures 9, 10, 11, 12 et 13 sont des
diagrammes schématiques illustrant les variations de
pression de gaz dans la poche de coulee, en fonction
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du temp~ et en correspondance avec les differentes
phases illustrees aux Figures 4 5, 6 7 et ~;
- les Figures 14 et 15 sont de~ vues par-
tielles schématiques illustrant en coupe ur,e variante
d utilisation du fil d inoculation;
- les Figures 16 et t7 sont des diagrammes
schématigues correspondant au>< Figures 14 et 15 pour
les variations de pression dans la poche de coulée en
fonction du temps:
- la Figure 18 est une vue en coupe analogue
a la Figure 2 montrant l application de l invention à
un moule pourvù d évents;
- la Figùre 19 est un diagramme des
variations de pression dans la poche de coulée en
fonction du temps correspondant a la Figure 18;
- la Figure 20 est une vue en coupe mon-
trant l application de 1 invention à un moule à plan
de joint vertical et pourvu d un noyau:
- les Figures Z1 et 22 sont des microgra-
phies au grossissement 100 de pièces en fonte à
graphite sphéroidal inoculées dans le procédé de
moulage sous basse pression respectivement suivant la
technique antérieure et suivant l invention.
Suivant l exemple d exécution de la Figure
1 le dispositif de moulage ou de coulée sous basse
pression vise par l invention comprend une poche de
coulee 1 sous pression gazeuse et un moule borgne A
applique sur l ajutage de coulée de ladite poche.
La poche de coulée est par exemple de type
3 theière et comprend une chambre 2 presque complète-
ment fermee et une cheminee de coulee ou tubulure de
coulée 3 communiquant avec la chambre 2 par un orifice
4 situe au fond de la poche 1. Le métal liquide M con-
tenu dans la poche 1 donc à la fois dans la chambre
~218514
2 et la cheminée ou tubulure 3, est placé sous pres-
sion gazeuse par un conduit 5 d alimentation en gaz
sous pression, par exemple de l air ou de 1 argon ou
de l azote, dehouchant à la partie superieure de la
chambre 2. Ce conduit S peut également être relie à
une décharge ou à un échappement par un tiroir distri-
buteur non représente. L introduction de métal liquide
sous pression dans la poche 1 s effectue par une large
ouverture à la partie superieure de la chambre 2, cet-
te large ouverture étant obturée de manière étanche
par un couvercle 6.
Bien entendu, la poche 1 peut être remplacée
par une poche traversée à peu près en son milieu par
un tube de coulée ascendante, et être équipée d'un
système de régulation de la pression gazeuse et du
niveau N de métal liquide M dans le tube de coulee
ascendante tel que décrit au brevet FR-A-2 367 566.
La cheminée 3 d'axe XX porte à sa partie
supérieure une buse 7 appelée également ajutage de
coulée, de forme tronconique. Cette buse 7 est des-
tinée a recevoir 1 orifice de coulee d'un moule A, par
application en contact étanche.
Le moule A, par exemple en deux parties 8 et
9 assemblées suivant un plan de joint horizontal,
comporte une empreinte de moulage 10 et un orifice de
coulée 11 tronconique s ajustant de maniere étanche
sur l'ajutage ou la buse 7 également tronconique.
Les deux parties de moule 8 et 9 sont main-
tenues en contact étanche, à 1 encontre de la pression
de métal liquide qui tendrait à ouvrir l empreinte de
moulage 10, par tous les moyens appropries, connus
des fondeurs, par exemple par un verrouillage au moyen
de serre-joints représente schématiquement en 12.
Le moule A est borgne en ce sens qu il po-
J.21~S14
1 os~cle, pour toute ouverture, à sa partie inferieure 8
l'orlfice de coulée 11 destir,é à etre appliqué sur la
buse 7, Sa partie suplrieure 9 ne possède aucune
ouvertur~, son plaFond, c est-à-dir~ la partie supé-
rieure de l'empreitlte de moulage 10, étant complète-
ment ferme. Conformément à l'invention. on perfore le
plafond de sa partie supérieure 9 d un orifice 9a de
passage d un fil métallique inoculant 13 dans l axe XX
de l'orifice 11.
Le dispositif de l'invention est complété
par un moyen d inoculation consistant en un fil
métallique inoculant 13 amené par exemple par un devi-
doir 14 (bobine 14).
Conformément à l'invention, le fil inoculant
13 traverse de part en part le moule A, donc
1 empreinte de moulage 10, suivant l axe XX vertical
de la cheminée ou tubulure de coulée 3 de la poche 1.
Le fil 13 d'inoculation traverse donc le plafond ou la
partie supérieure de l'empreinte 10 de moulage, à tra-
vers la partie 9 du moule A, se trouve suspendu à tra-
vers l'empreinte de moulage 10 et l'orifice de coulée
11, et se prolonge en suspension verticale suivant
1 axe XX au-dessous du moule A, sur une certaine
hauteur, à l'intérieur de la cheminée de coulée 3. Le
fil 13 s'étend ainsi sur une longueur totale L au-
dessous de la face supérieure du moule A, superieure à
la hauteur h du moule A mesurée au-dessus de la base
de l'ajutage 7.
La longueur de fil descendant au-dessous de
la face inférieure de la partie inférieure 8 du moule
A est telle que la longueur de fil immergeahle dans le
métal liquide à l'intérieur de la cheminée 3 de coulee
ascendante, corresponde à la quantité d'inoculant né-
cessaire pour inoculer le métal liquide à introduire
514
dans l'empreinte de moulage 10. La longueur de fil
~mmergé dans le métal liquide est reperëe H sur la
figure l.
Lorsque 1~ mnule A est en sable (Figure 2),
le -fil d inoculation 13 traverse le plafond de la
partle supérieure 9 en prévoyant un trou d aiguille à
travers ce plafond, correspondant au diamètre du fil
1 ~ .
Si le rnoule A est métallique (Figures 1 et
3), ou bien sa partie supérieure est traversée par un
orifice 9a de passage du fil 13 (Figure 1), ou bien sa
partie supérieure comporte un orifice 15 obture par un
bouchon 16 en sable ou autre matériau réfractaire
aggloméré par un liant, et le bouchon 16 est lui-même
traversé par un trou de passage 9a pour le fil
inocu~ant 13 (Figure 3).
Le metal liquide M peut etre de la fonte à
graphite spheroidal ou de la fonte a graphite lamel-
laire ou bien encore un acier à désoxyder ou encore un
super alliage (c'est-à-dire un alliage austénitique
contenant plus de 20% de fer, ainsi que du nickel et
du chrome ou bien du nickel, du chrome et du cobalt,
ou encore un alliage qui contient moins de 20% de fer
et qui est a base de nickel ou à base de cobalt). Le
métal liquide M peut encore etre de l'aluminium ou un
alliage d aluminium ou un alliage cuivreux.
Le fil d'inoculation 13 est à base d'un
produit inoculant tel que le ferro-silicium là 75Z, le
reste étant un support en acier) dans le cas de la
fonte a graphite spheroidal ou fonte ductile, et dans
le cas de la fonte à graphite lamellaire. On peut
également employer un fil inoculant à base de ferro-
silicium dans le cas où le métal liquide M est de
l acier. Le fil inoculant 13 peut etre un fil d acier
,
1218514
12
enrobe de produits inoculants ou bien un fil fourre
c est-à-dlr~ un élement tubulaire contenant inte--
rieurement le produit inoculant.
Pour le traitement de la fonte, le fil de
traitement 13 peut être en magnesium. en allia~e fer
silicium-magnésium, en terres rares, en titane, en
bismuth
Dans le cas où le métal liquide M à traiter
(traitement de déso~ydation) est de l acier ou un
superalliage, le fil 13 peut être également en alumi-
nium, en silico-calcium, silicium, manganèse, terres
rares.
Dans le cas de la fonte, le fil inoculant 13
peut encore comporter, en plus du ferro-silicium, des
terres rares qui améliorent le processus de nodulari-
sation du graphite libre en favorisant l obtention de
nodules de forme ronde, et peut contenir aussi du bis-
muth qui augmente le nombre de nodules de graphite.
Dans le cas où le metal M est de l alumi-
nium, le fil de traitement 13 peut être du strontium,
ou du sodium.
Fonctionnement :
A l'aide de ce dispositif, on procède au
traitement d inoculation et à la coulée de la manière
suivante, en faisant varier le niveau N de fonte
liquide dans la cheminée de coulée 3, au moyen d'une
variation de pression gazeuse dans la chambre 2,
suivant le diagramme des variations de pression du
brevet FR-A-2 367 566 :
1) Avant inoculation : alimentation du fil 13 -
A~oroche du moule A ~Fi~ures 4 et 9) :
Au temps (t - 2) (Figure 9), la chambre 2 de la poche
de coulée 1 n'etant pas sous pression, le niveau N de
la fonte M dans la cheminée 3 est bas Il est éloigne
~2185~4
du moule A. Le fil 13 est approche du moule A par
e~emple à l'aide d'uIl dévidoir.
2) Avant inoculation : Mise en Place clu fil 13 d lno-
,ulati~n (Fiqures 5 et 1 n ~
Au temps (t - 1) (Figure 10), la chambre 2 n est
toujours pas sous presslon. Le niveau N reste le meme
qu en 1) mais le fil 13 traverse de part en part le
moule A sulvant l axe XX de la cheminée 3 et est
suspendu dans la cheminée 3 sur une longueur corres-
pondant à la quantité de fil à utiliser pour l inocu-
lation. L éxtrémité inférieure du fil 13 est proche du
niveau N, au-dessus de celui-ci.
3) Phase d inoculation sous nré-oression PO (Fiqures 6
et 11) :
Un moule A est en place sous l'ajutage de coulée 7 de
la cheminée de coulée 3 comme cela est illustre a la
Figure 1. Dans la chambre 2, on introduit au-dessus de
la fonte liquide M une pression gazeuse jusqu à la
valeur PO dite"pré-pression". Cette pré-pression fait
monter la fonte dans la cheminée 3 jusqu au niveau N,
c est-a-dire juste en dessous de la partie supérieure
de la cheminée 3, au plus près de la face inferieure
du moule A, c est-à-dire au plus pres de l'empreinte
de moulage 10.
Le fil d'inoculation 13 est en place dans la
cheminée de coulée ascendante 3, suivant son axe XX, à
travers le moule A traverse de part en part, jusqu'à
une profondeur d immersion H dans la cheminée 3, au-
dessous du niveau N. La profondeur H correspond à la
quantite de fil qui doit etre dissous dans la fonte N
en vue d une parfaite inoculation de la fonte qui se
solidifiera ultérieurement à l interieur de l em-
preinte de moula~e 10. Si la quantite d'inoculant de
hauteur H est insuffisante, on peut derouler le fil 13
''' ~218514
14
de la bo~ine 14 jusqu à ce que la quantité de fil 13
dissoute dans le metal liquide M soit suffisante.
On se trouve à ce stade au point a du dia-
gramme pression/temps de la Figure 11 après avoir
effectu~ la montée Oa pour atteindre la pre-pression
PO corresponclant au niveau N1.
On maintient cette pré-pression Po pendant
un temps corresponclant au segment ou palier ab du
diagramme de la Figure 11 jus~u a ce que le fil 13
immergé dans la fonte liquide M sur une hauteur H soit
complètement dissous. Le temps d inoculation sous pré-
pression Po correspon~ant au palier ah ne dépasse pas
quelques secondes (2 a 3 secondes en moyenne). Ce
temps est d ailleurs controlable.
4)Coulée (Fiqures 7 et 12) :
On fait rnonter la pression gazeuse dans la
chambre 2 de la poche de coulée 1 de la pré-pression
Po à la pression de coulée PC. On passe ainsi du point
b au point c sur le diagramme de la Figure 12. C est
ce qui fait monter la fonte liqùide M à l intérieur de
1 empreinte de moulage 10 (Figure 7) de maniere à
l emplir totalement. On remarque que le fil 13 a fondu
dans toute sa partie précédemment immergée dans la
cheminée 3 et que lors du passage de la fonte de la
cheminée 3 a la cavité de l empreinte de moulage 10
s effectue un brassage de la fonte et du produit ino-
culant qui vient d etre dissous ce qui parfait l ho-
mogéneité de l inoculation.
On maintient la pression de coulée PC dans
la poche 1 pendant un certain temps pour permettre la
solidification de la fonte contenue à l intérieur de
l empreinte de moulage 10 du moule A. Ce maintien de
la pression de coulée PC correspond au palier
supérieur cd de la Figure 12.
~2185~4
5) Solidification cle la pi.èce __moulée _et cl~ute de
~ression pour retour a!~ niveau N1 (Fiqures 8 et 13~ :
Après écoulement du temps de solidification
cle la piece moulée à l'intérieur du moule A suivant le
palier supérieur précite Cd (temps connu par l'experi-
ence), on fait tomber la pression gazeuse dans la
chambre 2 de la poche 1 de la valeur PC de presslon cle
couléc- à une valeur de pré-pression Po]. légèrement
superieure à la pré-presslon Po de la Figure 11.
On ramene ainsi le niveau de la fonte en N1 dans la
cheminée ascendante 3, malgré la baisse de niveau dans
la charnbre 2 non représentée, par suite de la
consommation d une certaine quantité de fonte à
l intérieur de l empreinte de moulage 10. C est cette
consommation qui nécessite une pré-pression Pol supe-
rieure à la pré-pression PO. Sur le diagramme de la
Figure 13, cette chute de pression correspond au seg-
ment descendant de qui sera suivi d un palier ef a la
pression Pol pendant le temps d évacuation du moule A
qui vient d être coulé et l amenée d un nouveau moule
A a emplir.
Ainsi s'achève le cycle de var.iations de
pression/temps O a b c e d f.
Lorsque la fonte est solidifiée à l'inté-
rieur de l'empreinte de moulage 10, apres retour de
l'e~cédent de fonte liquide dans la cheminee 3, par
retombée, le fil 13 d inoculation se trouve en partie
fondu, en partie noye à 1 etat solide dans la piece
solidifiee. De toute façon, lors de l'évacuation du
moule A qui vient d être coulé, le fil 13 peut etre
coupé au ras de la face supérieure du moule A avant
l évacuation cependant que lors du démoulage de la
pièce moulee, le fil d'inoculation 13 qui pourrait
éventuellement etre en protubérance par rapport à la
16
paroi exterieure de la pièce moulée pourra être
également COUp;? au ras de celle-ci.
~esu].ta~. _d inoc~l.atl~n ( F.igures Z1 et 2~).
Sl l on -fait une micrographie de la pièce moulee ainsi
coulée et inoculée (Figure 22), on constate la
présence de nociules de graphite en répartition
extrêmeMent régulière, ce qui prouve que la
graphitisation a été uniforme grace à l'inoculation
totale dans la cheminee de coulée 3 (Fi~ures 6 et 11),
grace a l introduction de la fonte ainsi inoculée en
un temps tres court apres l inoculation (Figure 7 et
12~ donc sans risque de perdre cet effet d'inoculation
de durée éphémère dans la fonte liquide, et grace à
l effet de brassa3e entre fonte et produit inoculant
dissous, lors de l entrée de la fonte dans l empreinte
10. Sur cette structure ferritique, la densite en
nodules de graphite est élevée, et les nodules ont une
taille réguliere. Cette densité et cette régularite
confèrent une grande homogénéité a la structure de la
2 pièce moulée.
A titre comparatif, si l on examine une
micrographie d une piece en fonte a graphite sphé-
roidal coulée par le même procédé de moulage sous
basse pression mais inoculée par un procéde de type
connu antérieur, consistant par exemple a introduire
1 ir,oculant en poudre (par exemple de la poudre de
ferro-silicium) a l interieur de 1 empreinte de
moulage (Figure 21~. on constate certes 1 existence de
nodules de graphite sur cette structure ferrito-
perlitique à moins de 10~/. de perlite. Mais leur
repartition et lc-ur taille sont beaucoup plus
irregulières que dans la micrographie de la Figure 22,
en raison de l'hérogenéité du mélange de la fonte
liquide et de la poudre inoculante à l'interieur de
~2~ 4
l empreinte de moulage 10, en l abs~nce de bras~age et
en l'absence de moyens pour répartir regulièrement
cette poudre a l interieur de l empreinte 10. Il est à
noter que les micrograp~lies des Figures 21 et Z2
correspondent à des zones de meme epaisseur supérieure
a 5 mrn.
On remarque encore la faible proportion de
perlite, inférieure à 10~, dans la structure cle
l invention (Figure 22). En ce qui concerne la teneur
en perlite, dans le cas ~qui n est pas celui des
Figure 21 et 22) ou les cond.itiol-s de refroidissement
de la pièce moulée amèneraient l obtention d une
structure perlitlque à l'état brut de coulée, alors
que la technique antérieure connue d'inoculation
n'aurait aucun effet sur cette tendance normale à
l'obtention d'une structure perlitique, au contraire
le procédé d inoculation de l invention permettrait
d abaisser le pourcentage de perlite obtenue à l état
brut de coulée.
Variantes :
- En Dhase d inoculation, avant le
remplissage de l empreinte de moulage 10, on peut, Sl
besoin est, c est-à-dire si la quantité d inoculant
déjà dissoute est insuffisante, introduire une
longueur supplementaire de fil 13 dans la colonne de
fonte liquide contenue dans la cheminée 3, donc faire
descendre une longueur supplémentaire de fil 13.
- Après _inoculation. au lieu de laisser le
fil 13 immobile dans le moule A de sorte qu il se
trouve noyé dans la fonte emplissant la cavite 10 de
moulage (Figure 7 et 8), on retire le fil d inocula-
tion 13 avant que la fonte liquide M n'emplisse la
cavité de moulage 10 ~Figures 14 et 15).
Suivant les Figures 14 et 16, on retire le
~218S14
1 a
fil 13 au fur et a mesure de la montee du niveau M
dans la cavité 10, en gardant l extrémité inférieure
du fil 13 hors de la fonte liquide M. Le niveau N2
llustre correspond à un point b1 d une pression Ph1
sur le diagramme de montée en pression (Figure 1~) de
la chambre 2. Après solidification de la fonte
introduite dans la cavité 10 (Figure 15 et 17), le fil
13 se trouve hors du moule A, au plus près de
celui-ci, pret a être réutilisé pour l'inoculation
suivante. Le niveau N1 est retombe juste au-dessous du
moule A sous la pression POl (la Figure 17 est la meme
que la Figure 13). Mais le fil 1~ n'est pas noye dans
la piece moulee et il n'est pas nécessaire de le
couper, ce qui est un gain de temps.
En variante encore, on peut retirer le fil
13 du moule A avant meme le début de remplissage du
moule A.
- Moule à évents (Fiqures 18 et 19) :
Si un moule B comporte des évents 17
traversant sa partie supérieure 9 et reliant la cavité
10 a l'atmosphère, et notamment un évent 17 dans l axe
XX de l'orifice 11a d'alimentation en fonte liquide.
le fil 13 traverse facilement le moule B en passant
par l évent àxial 17 On procède alors a la montée en
pression de la manière suivante, dans la poche de
coulée, après inoculation, pour le remplissage de la
cavité 10 (Figure 19) :
Le point b du diagramme de la Figure 19
représente la situation en pression et en temps après
l inoculation et juste avant le remplissage du moule
B.
Le segment ascendant bc illustre une montée
en pression dans la chambre 2 de la poche 1 pour
introduire la fonte liquide dans la cavite 10 jusqu à
1218S14
la face supélieure du moule B. Le palier ccl illustre
le maintien de cette pression jusqu à ce que la fonte
se s~lldifle dans les évents 17, ce qui transforme le
moule e en un moule borgne. Cette solidification est
rapi~e. Le palier ccl est donc tres court.
Le seyment ascendant cl-c2 illustre une
montl~e en pressivn supérieule dans la chambre 2 de la
poche 1 pour introduire dans la cavité 10 de rnoulage
un supplément de fonte chaude et compenser ainsi le
retrait et les retassures éventuelles qui sont alors
comblées.
Le reste du diagramme de la Figure 19 :
palier c2d-segment descendant de et court palier ef,
est identique au parcours cdef de la Figure 13.
- Moule vertical à novau (Fiqure 20) :
Enfin, à la Figure 20 est illustree
l application de l invention a un moule C à plan de
joint vertical dont la trace se confond avec l axe XX,
à empreinte de moulage 1~ et à noyau 19 admettant
l axe XX comme axe de symétrie. Le moule C, par
exemple celui d'une tubulure pour moteur automobile,
est en deux parties 20 et 21 symétriques par rapport à
l axe XX et par rapport au plan de joint vertical. Les
deux parties 20 et 21 sont serrées l une contre l au-
tre, par exemple par deux plateaux de presse 22, 23.
Le noyau 19 est par exemp.e suspendu dans la cavite 18
de moulage par une portée supérieure 24.
Comme dans les exemples précédents, le moule
C co~porte un orifice axial de coulée 11b sur sa face
inferieure. Sur l orifice 11b, vient s appliquer
l ajutage 7 de la poche de coulee 1.
Le noyau 19, par exemple en sable de
moulage, est traversé de part en part par le fil
d inoculation 13 qui descend suivant 1 axe XX de la
121851~
~heminee 3 de coulee. Pour faciliter le passage du fil
13, le noyau 19 est avantageusement traverse de part
en part d un concluit de passage 25 dans l axe XX.
Comme précédemment, la partie utile du fil 13 pour
l'inoculation n'est pas celle qui traverse le m~ule C,
c est-à-dire le noyau 19, mais celle qui, au-dessous
du moule C, est immergee dans la fonte M contenue dans
la cheminee 3, avant introduction de la fonte dans la
cavité annulaire de moulage 18.
L inoculation puis le remplissage du moule
ont lieu comme précédemment. On peut laisser le fil 13
prisonnier de la fonte solidifiée au moins à la partie
inférieure du moule C ou bien retirer le fil 13 au fur
et a mesure de la montée de la fonte dans le moule C
ou bien avant meme le début du remplissage du moule C.
Avantaqes du Procédé et du disPositif de l'invention :
Grâce a l'insertion d'une certaine hauteur H
de fil 13 d inoculation dans la cheminée de coulee
ascendante 3 pendant un certain temps représenté par
le palier de pré-pression ab ~Figures 6 et 11), on ob-
tient une dissolution totale du produit inoculant dans
la fonte M qui sera introduite dans le moule.
L effet de brassage de la fonte et du pro-
duit inoculant dissous, lors du trasnfert de la fonte
inoculée de la cheminée 3 à la cavite de l empreinte
de moulage 10, assure une excellente homogénéité de
1 inoculation dans la masse de fonte emplissant
l empreinte 10.
Grâce au déroulement du fil d'inoculation 13
d un dévidoir 14, on peut continuer de faire descendre
le fil 13 dans la cheminée 3 au fur et à mesure de sa
fusion, pour le cas où le segment de fil 13 de hauteur
H ne serait pas quantitativement suffisant pour inoc-
12~8S14
ler toute la fonte destinee a être introduite dansl'empreinte de moulaqe 10. On peut ainsi contrôler avec précisionla
quantlté d lnoculant utilise.
L inoculation de la fonte M pendant la phas~
de pre-pression Oab (Figures 6 et 11), c est-à-dire
dans la cheminée 3, en amont de l empreinte de moulage
permet de contrôler à volonté le temps d inocula-
tion. Ce temps débute lors de l immersion du fil 13 et
se termine lorsque l'on constate la dissolution
complete du fil 13 dans la fonte M.
Grace a l'immersion du fil 13 dans la
cheminée 3 de section cylindrique constante, quel que
soit le volume de l'empreinte de moulage 10, l'inocu-
lation par unite de volume est constante, et la
qualité de l inoculation est invariable et répétitive,
quels que soient le volume et la forme de l'empreinte
de moulage 10.
Ce procédé d inoculation combiné avec le
procédé de coulée ascendante sous basse pression
permet d introduire rapidement la fonte inoculee dans
l empreinte de moula~e 10 (Figure 15) sans perte de
temps après l'inoculation et sans avoir un trajet ou
parcours important a accomplir, de sorte que l on est
certain de ne pas perdre l effet d inoculation de la
fonte liquide qui, comme on le sait, est de durée
éphemere.
L'inoculation conforme à l'invention permet
encore d abaisser la proportion de perlite dans la
structure de la pièce moulée, ce qui est avantageux
pour la fabrication de pièces tubulaires pour moteurs
' d automobiles.
Le procede et son dispositif de mise en
oeuvre rendent possible la fabrication des pièces
~218~4
22
moulées en grande serie et a haute cadence avec un
minimum de temps pour l inoculation. En effet, le
temps d inoculation qui correspond au troncon Oab de
pré-pression de la Figure 11 est celui de la fusion
d'une certaine longueur de fil inoculant 13 dans la
clleminée 3, lorsque le moule est dejà en place et en
contact étanche avec l ajutage de coulee 7 de la
cheminée 3.
Ce procédé etant fondé sur l'inoculation de'
la seule masse de fonte liquide (ou le traitement de
la seule masse de métal liquide) contenue dans la
cheminée 3 et destinée a être introdulte dans le moule
A,B,C, il est applicable a des pieces moulées d'une
masse de quelques kilogrammes ~par exemple de 4 ky).
Ainsi, on coulera, apres un tel traitement d inocula-
tion, par exemple des collecteurs tubulairesd échappement de moteurs d automobiles.
Ce procédé d'inoculation et de coulée permet
d inoculer de matiere uniforme des pieces minces ainsi
que des pieces de formes compliquées, tout en assurant
une parfaite uniformité de graphitisation résultant de
l uniformité de l inoculation puisque le mode d .inocu-
lation de la cheminée 3 est independant de la forme de
la pièce moulée et du débit d alimentation du moule en
métal liquide.
Si l'on n apporte pas le fil d inoculation
13 de manière continue à partir d'une bobine ou d'un
dévidoir 14, ou si l on ne dispose pas d un moule
métallique A pourvu d un bouchon réfractaire 16
susceptible d'etre traversé par le fil 13, on peut
suspendre le fil métallique 13 au plafond de 1 em-
preinte de moulage 10, par exemple en donnant à
l'extrémite superieure du fil 13 la forme d un crochet
et en prévoyant un petit anneau au plafond de l'em-
'' lZ185i4
preinte de moulage metallique, 1 anneau et le crochetdevant etre noy~s dans 1. empreinte de moulage après
solidification de la fonte.
Dans ce cas bien entendu, le fil d inocula-
tion doit se prolonger bien en-clessous de la face
inférieure du moule A afin d etre immergé dans la
cheminee 3 de coulée ascendante, comme cela est
illustre à la Figure 1.
Bien entendu, un fil ainsi suspendu peut
etre utilisé avec un moule borgne en sable A. La seule
difference avec le moule métallique est que 1 extre-
mite superieure du fil d inoculation 13 pourra etre
accrochée et retenue sur la face superieure du moule,
par exemple en s élargissant sous forme d une boucle
plane dans un plan horizontal prenant appui sur ladite
face supérieure, après traversée du plafond de
l'empreinte de moulage par le fil 13 .
