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WO 2013/007891
PCT/FR2012/000280
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Procédé de coulée semi-continue verticale multi-alliages
Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine de la fabrication de demi-produits tels que
les
plaques de laminage et les billettes de filage en alliages d'aluminium par
coulée
semi-continue verticale.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de coulée semi-continue
verticale
de plaques ou billettes comportant au moins deux alliages d' aluminium, par
coulées
simultanées et à l'aide d'au moins un séparateur.
L'invention concerne également le dispositif permettant la mise en oeuvre
dudit
procédé et la fabrication des dites plaques ou billettes.
Etat de la technique
L'aluminium est utilisé de manière croissante dans les domaines de la
construction
aéronautique et automobile, tant en ce qui concerne les tôles de fuselage,
longerons
et raidisseurs de voilure, que les tôles de carrosserie ainsi que les
échangeurs
thermiques brasés pour l'automobile, pour des raisons de limitation du poids,
mais
aussi pour des réflecteurs optiques ou encore des tôles de blindage, des
moules pour
thermoplastiques, des pièces de forge, des pièces pour usinage..
Notamment ces applications de l'aluminium, mais la liste n'est pas exhaustive,
nécessitent de trouver un compromis entre des propriétés souvent antagonistes,
par
exemple résistance mécanique et aptitude à la mise en forme ou résistance
mécanique et résistance à la corrosion ou encore aptitude au perçage et au
tournage.
Tous les alliages d'aluminium dont il est question dans ce qui suit sont
désignés, sauf
mention contraire, selon les désignations définies par l' Aluminum
Association
dans les Registration Record Series qu'elle publie régulièrement.
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L'utilisation d'alliages homogènes permet de remplir certaines exigences, mais
des
améliorations substantielles pourraient être obtenues s'il était possible, par
exemple,
de contrôler une variation de composition entre la surface et le c ur d'une
tôle ou
entre la surface et le coeur d'un lopin d'extrusion, de forge ou d'usinage, et
ainsi de
différencier les propriétés de surface des propriétés à c ur.
Des produits plaqués, réalisés par co-laminage à chaud de deux plaques en
alliages
différents, existent pour certaines applications, comme par exemple :
- Les tôles de brasage, destinées principalement à l'industrie des
échangeurs
thermiques pour l'automobile notamment; le placage est alors un alliage à plus
bas point de fusion que le coeur, et deviendra le métal d'apport qui assurera
la
liaison entre les pièces à assembler lors du procédé de brasage.
- Des tôles aéronautiques pour lesquelles le placage, en alliage peu chargé
en
éléments d'alliage, assure une protection contre la corrosion à un alliage de
coeur
très chargé et à très forte résistance mécanique.
- II en va de même dans le domaine des tôles pour carrosserie automobile pour
lesquelles le placage, en alliage peu chargé en éléments d'alliage, assure une
bonne formabilité, notamment lors des opérations d'emboutissage, pliage ou
sertissage, à un alliage de coeur plus chargé à forte résistance mécanique.
- Mais le même principe s'applique aussi pour d'autres produits dits
bicouches
parmi lesquels les réflecteurs optiques, avec un alliage quelconque peu
onéreux
revêtu d'un alliage d'aluminium de haute pureté ou encore les produits
bicouches
pour blindage dans le domaine militaire.
Ce procédé de co-laminage à chaud ne peut toutefois pas s'appliquer à toutes
les
familles d'alliages notamment aux alliages contenant du magnésium et/ou du
zinc en
quantité significative (produits destinés en particulier à l'industrie
automobile,
aéronautique ou autre) en raison de l'oxydabilité de surface des alliages
riches en Mg
et/ou en Zn. Il nécessite par ailleurs très souvent un double laminage à
chaud, ce qui
n'est favorable ni du point de vue de la productivité, ni du point de vue
économique.
De ce fait, des procédés permettant la coulée simultanée de deux couches
d'alliages,
appelée encore coulée bi-alliage, ont été proposés en coulée semi-continue
verticale.
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La demande WO 03/035305 Ai, ou encore le brevet US 7,407,713 B2, de la société
Alcoa Inc., ainsi que d'autres demandes ou brevets de la même famille,
divulguent
l'utilisation d'un séparateur sous forme d'une feuille métallique qui se
dévide en
étant prise par le front de solidification et entraînée par le métal solide
lors de la
descente de la plaque. Ce séparateur demeure dans la plaque finalement
obtenue.
Cette solution présente l'inconvénient d'une mise en oeuvre techniquement
incommode, du fait notamment de la nécessité de préchauffage d'une longueur
importante de ladite feuille métallique, des problèmes d'encombrement mutuel
avec
les systèmes d'alimentation en métal liquide et surtout du fait de
l'introduction, dans
le métal liquide, de deux surfaces oxydées, la liaison métallurgique n'étant
pas de ce
fait garantie et les risques de délaminage ultérieurs non négligeables.
Le brevet US 4,567,936 de Kaiser Aluminum & Chemical Corporation revendique,
quant à lui, une coulée bi-alliage dans laquelle l'âme est entièrement
encapsulée dans
la couche d'alliage de couverture. Cette couche extérieure est préalablement
solidifiée et l'alliage d'âme est coulé à l'intérieur de cette coquille. Dans
cette
configuration, l'alliage extérieur doit avoir un liquidus significativement
plus élevé
que l'alliage d'âme. De plus la surface interne de la couche extérieure est
nécessairement oxydée et il est à nouveau difficile de garantir une liaison
métallurgique entre les deux couches. La principale revendication du brevet
consiste
d'ailleurs à protéger l'alliage intérieur, du type Al-Li, du refroidissement
direct par
l'eau.
Les demandes US 2005/0011630 Al et US 2010/0025003 Al, de Novelis Inc,
reposent sur une idée analogue, sans l'encapsulation complète de l'âme dans
l'alliage
de couverture. Elles décrivent un procédé permettant d'obtenir une interface
saine
puisque le séparateur est en fait constitué par la couche transitoirement
solidifiée de
l'alliage interne. Il est connu de l'homme du métier sous le nom de FusionTM
.
Ce procédé est donc mieux adapté aux couples d'alliages pour lesquels le
liquidus de
l'alliage extérieur est inférieur à celui de l'alliage intérieur. Dans les
autres
combinaisons d'alliages, l'obtention d'une liaison métallurgique exige une
maîtrise
très délicate des phases thermiques transitoires, et peut, dans certains cas,
s'avérer
tout simplement impossible.
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La demande DE 44 20 697 Al de Institut für Verformungskunde und
Hüttenmaschinen de Leoben repose sur le principe d'un séparateur exogène
amené
à proximité du front de solidification. Toutefois, cette configuration exige
que celui-
ci soit positionné et demeure à une distance si petite soit-elle du front pour
éviter la
prise par solidification. De ce fait, s'installe une convection significative
sous le
séparateur qui induit un mélange relativement prononcé des deux alliages et ne
permet pas une véritable séparation.
La demande WO 2009/024601 Al d'Aleris Aluminium Koblenz GmbH revendique
aussi l'utilisation d'un séparateur ; celui-ci est introduit en partie
centrale, soit à mi-
épaisseur de la plaque où à nouveau se forme une zone de mélange qu'il est
difficile
de contrôler de façon reproductible, donc industrielle ; de plus le procédé
est limité
par le fait que les épaisseurs des deux couches sont égales par construction.
Or la
plupart des applications industrielles requièrent au contraire des couches
d'épaisseurs
très inégales.
Problème posé
L'invention vise à résoudre ces difficultés en permettant l'introduction d'un
séparateur au contact direct du front de solidification sans qu'il soit pris
par le métal
qui se solidifie et entrainé par le solide ; de cette façon, il s'agit
d'assurer l'étanchéité
entre les deux alliages en limitant le mélange éventuel, via la zone semi-
solide même
s'il existe une différence de niveau de part et d'autre du séparateur.
Objet de l'invention
L'invention a pour objet un procédé de coulée semi-continue verticale à
refroidissement direct de plaques de laminage ou billettes de filage dans
lequel un
séparateur et deux moyens d'alimentation en métal liquide, typiquement des
busettes
ou goulottes, disposés de part et d'autre dudit séparateur sont utilisés,
comportant les
étapes suivantes:
5
a) Coulée d'un premier alliage d'aluminium dans un moule de coulée semi-
continue
verticale à l'aide d'une première busette,
b) Mise en place dudit séparateur métallique ou en matériau réfractaire dans
le moule, au
contact du front de solidification,
e) Coulée d'un deuxième alliage d'aluminium de l'autre côté dudit séparateur à
l'aide de la
deuxième busette,
d) Relèvement dudit séparateur sensiblement en même temps que l'arrêt de la
coulée des
alliages ou légèrement avant ledit arrêt, autorisant alors un mélange des
alliages dans une
zone de fin de coulée de la plaque ou billette,
.. e) Retrait de la plaque ou billette solidifiée du moule de coulée semi-
continue, caractérisé
en ce que ledit séparateur est animé d'un mouvement de vibration, à l'aide
d'un vibrateur, au
moins pendant toute la durée de son contact avec le front de solidification,
de telle sorte
que ledit séparateur n'est pas pris et entraîné par le métal solide.
Préférentiellement ledit séparateur est relevé légèrement avant l'arrêt de la
coulée,
autorisant le mélange entre les alliages dans une zone correspondant à ladite
fin de coulée,
et cette zone est ensuite éboutée.
Ce procédé présente un intérêt tout particulier lorsque lesdits alliages ont
des compositions
différentes, autorisant la coulée de plaques ou billettes bi-alliages.
Avantageusement, la
zone de début de coulée obtenue avant introduction du séparateur et coulée du
deuxième
alliage, constituée d'un seul premier alliage, est également éboutée.
Le séparateur peut être une plaque sensiblement plane dont la découpe en
partie inférieure
épouse une section verticale du front de solidification en traversant le moule
de part en part
pour la coulée de plaques ou billettes présentant des couches d'alliages
différents
superposées.
H peut aussi être un corps cylindrique creux respectant généralement, mais pas
obligatoirement, la symétrie géométrique du produit pour la coulée de
billettes composites,
mais aussi un corps creux à section sensiblement rectangulaire pour la coulée
de plaques
dites fourrées intérieurement d'un alliage différent de l'alliage extérieur.
Dans ce dernier cas, la section sensiblement rectangulaire du séparateur peut
être à coins
arrondis, de façon à épouser une section horizontale du front de
solidification
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de la plaque coulée, ou de section parfaitement rectangulaire. Dans ce dernier
cas,
ledit séparateur est alors délimité en partie inférieure par une surface plane
à angles
retroussés de façon épouser la forme du front de solidification dans lesdits
coins.
En ce qui concerne les matériaux, ledit séparateur peut être en matériau
métallique
du type acier ou métal réfractaire tel que notamment molybdène ou tungstène,
mais
ceci n'étant pas limitatif.
Il peut aussi être réalisé en matériau réfractaire à base de céramique ou de
céramique
renforcée de fibre de verre.
Pour ce qui est de la vibration dudit séparateur, elle est de faible
amplitude,
typiquement de l'ordre de la centaine de pin à des fréquences de l'ordre de la
centaine de Hz jusqu'à des fréquences ultrasoniques.
Cette vibration est produite par un vibrateur choisi dans le groupe des
vibrateurs
pneumatiques, électriques ou par ultra-sons, sans caractère limitatif.
Préférentiellement la fréquence de vibration est de 100 à 20000 Hz et,
avantageusement, l'amplitude de vibration est de 100 à 200 m.
Selon un mode particulier, lesdits premier et deuxième alliages sont de
compositions
identiques. En effet, la demanderesse a pu constater que la vibration avait
pour effet
positif de réduire les meso-ségrégations dendritiques.
Par extension, le procédé peut s'appliquer à la coulée de plus de deux
alliages
mettant alors en oeuvre plus d'un séparateur.
L'invention a également pour objet le moyen de mise en oeuvre dudit procédé, à
savoir un dispositif de coulée semi-continue verticale à refroidissement
direct de
plaques ou billettes comportant un moule de coulée semi-continue verticale
tubulaire
cylindrique ou rectangulaire, à extrémités ouvertes, à l'exception de
l'extrémité inférieure fermée en début de coulée par un faux fond qui se
déplace en
descendant grâce à un descenseur au cours de la coulée de la plaque ou
billette,
l'extrémité supérieure étant destinée à l'alimentation en métal, l'extrémité
inférieure
à la sortie de la plaque ou billette, ladite extrémité supérieure étant munie
de deux
moyens d'alimentation en métal liquide, typiquement des busettes ou goulottes,
et
d'un séparateur apte à être introduit dans le moule, dans le marais de métal
liquide au
contact du front de solidification, divisant par la même le marais en deux
zones
distinctes, caractérisé en ce que ledit séparateur est relié à un vibrateur
permettant de
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l'animer d'un mouvement de vibration typiquement multidirectionnelle, au moins
pendant toute la durée de son contact avec le front de solidification, la
vibration étant
du type à faible amplitude, typiquement de l'ordre de la centaine de I.tm,
préférentiellement de 100 à 200 grn, à des fréquences de l'ordre de la
centaine de Hz
jusqu'à des fréquences ultrasoniques, et préférentiellement de 100 à 20000 Hz.
Comme dit plus haut, le séparateur peut être une plaque sensiblement plane ou
un
corps cylindrique creux associé à un moule tubulaire de section sensiblement
circulaire, ou encore un corps creux à section sensiblement rectangulaire
associé à un
moule tubulaire de section sensiblement rectangulaire.
Dans ce dernier cas, la section sensiblement rectangulaire dudit séparateur
peut être à
coins arrondis.
Ladite section peut aussi être parfaitement rectangulaire et ledit séparateur
est alors
délimité en partie inférieure par une surface plane à angles retroussés pour
épouser la
forme du front de solidification dans les dits coins.
En ce qui concerne les matériaux, ledit séparateur peut être en matériau
métallique
du type acier ou métal réfractaire tel que notamment molybdène ou tungstène,
mais
ceci n'étant pas limitatif.
Il peut aussi être réalisé en matériau réfractaire à base de céramique ou de
céramique
renforcée de fibre de verre.
En ce qui concerne la vibration, elle est produite par un vibrateur choisi
dans le
groupe des vibrateurs pneumatiques, électriques ou par ultrasons.
Bien évidemment, par extension, ledit dispositif peut comporter plus d'un
séparateur,
plus de deux moyens d'alimentation en métal liquide, pour la coulée de plaques
ou
billettes comportant plus de deux alliages d'aluminium.
Description des figures
La figure 1 représente en coupe la première phase de coulée du premier
alliage 1, dans le moule 6 muni d'une rehausse en matériau réfractaire 7, sur
le
siège ou fond de coulée 8, appelé encore faux fond, le front de
solidification
portant le repère 2, le séparateur 3, ici du type rectangle ou cylindre, étant
fixé au
plateau 4 auquel est lui-même fixé le vibrateur (non représenté) relié au
montage 5
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par des ressorts souples, ledit montage se déplaçant de haut en bas grâce à
des guides
9.
La figure 2 représente la deuxième phase au cours de laquelle le séparateur 3
est amené au contact du front de solidification et la vibration 10 enclenchée.
La figure 3 représente la troisième phase au cours de laquelle la busette
d'alimentation 11 en deuxième alliage 12 est mise en place et le deuxième
alliage
coulé.
La figure 4 correspond au régime permanent, le deuxième alliage 12 se
trouvant à coeur de la plaque ou billette et le premier 1 en partie basse à
ébouter,
mélangé au deuxième alliage, et en périphérie.
La figure 5 représente le % en Zn d'une section transversale de la plaque bi-
alliage de l'exemple 2 avec extérieur en alliage AA5083 et âme en alliage
AA7449
en fonction de la distance d en mm d'une face externe de la plaque dans le
sens de
l'épaisseur, obtenu par spectrométrie d'étincelle.
La figure 6 représente le % en Zn d'une section transversale de la plaque bi-
alliage de l'exemple 2 avec extérieur en alliage AA6016 et âme en alliage
AA7021
en fonction de la distance d en mm d'une face externe de la plaque dans le
sens de
l'épaisseur, obtenu par spectrométrie d'étincelle.
.. Description de l'invention
Pour empêcher l'entraînement du séparateur par le métal solide, l'invention
consiste
à animer le séparateur d'un mouvement vibratoire de faible amplitude,
typiquement
de 100 à 200 wn, qui, brisant les dendrites qui se forment à son contact,
repousse
localement la cohérence dendritique vers des fractions solidifiées plus
élevées et
garantit ainsi que le séparateur ne soit pas entraîné par le métal solide.
Plusieurs
types de vibrateurs peuvent être utilisés : pneumatiques, électriques, par
ultrasons,
etc..., produisant une vibration d'une fréquence typiquement de 100 à 20000
Hz.
Le séparateur peut être un corps cylindrique creux, de préférence délimité en
partie
inférieure par un plan horizontal, et dont la section épouse alors une section
horizontale du front de solidification, de façon à obtenir une bonne
étanchéité. La
section transversale du séparateur est, pour les plaques rectangulaires,
calculée par
modélisation thermique 3D du front de solidification et prend la forme d'un
rectangle
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à coins arrondis selon une loi précise. Il est possible, si l'on souhaite que
la
séparation des alliages intervienne à distance constante des surfaces de la
plaque, y
compris près des chants, de concevoir un séparateur de section parfaitement
rectangulaire ; en partie inférieure il n'est alors plus délimité par un plan,
mais par
une surface plane dont les angles sont retroussés pour épouser la forme du
front dans
les coins, et qui peut également être calculée par modélisation thermique 3D
du front.
Pour les billettes, la section du séparateur est bien entendu circulaire.
Plusieurs types
de séparateurs peuvent être employés : en matériau réfractaire non métallique,
ou en
matériau métallique (acier, métaux réfractaires tels que notamment Mo ou W)
avec,
to selon les cas, un revêtement protecteur contre l'attaque par l'aluminium
liquide.
Cette configuration permet de respecter, si nécessaire, la symétrie
géométrique et
thermique de la plaque ou de la billette bi-alliage. Ce concept de plaque ou
billette
fourrée , dans lequel une âme d'un premier alliage est totalement incluse
dans un
second alliage, offre en outre des possibilités nouvelles par rapport aux
procédés
existants. En effet, grâce à la présence de l'alliage extérieur sur les côtés
de la plaque
(ce qui n'est pas le cas pour le procédé FusionTM, ni pour les procédés de co-
laminage), on peut envisager la transformation par laminage d'alliages de
coeur très
chargés en magnésium (plus de 5 90, voire 7 %) en Zn (jusqu'à 15% voire plus)
en
Cu (jusqu'à 5% voire plus), en Li (jusqu'à 2% voire plus), en Si (y compris à
teneur
hypereutectique), ou en une combinaison de ces éléments, tout en évitant un
phénomène de fissuration à partir des bords, rencontré aujourd'hui lors de
tentatives
de laminage à chaud de ce type de multicouche.
Ces compositions conduisent à un bon compromis résistance mécanique /
formabilité
et l'enrobage peut permettre en outre d'améliorer notamment leur résistance à
la
.. corrosion et/ou leur formabilité. Cela ouvre de nouvelles possibilités
d'applications
pour l'aluminium, en particulier pour la fabrication de pièces de forme très
complexes, notamment dans l'automobile, l'aéronautique, le transport,
l'industrie
mécanique etc.
Tel est le cas notamment de la combinaison d'un alliage d'âme de la famille
.. AA7xxx, très chargé en éléments d'alliage durcissants, notamment du type
AA7021,
ou AA5xxx également très chargé, et d'un alliage de périphérie ou de placage
de la
famille AA6xxx, notamment du type AA6016, pour application à des tôles de
carrosserie automobile.
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Tel est encore le cas de la combinaison d'un alliage d'âme à nouveau de la
famille
AA7xxx, très chargé en éléments d'alliage durcissants, notamment du type
AA7449,
et d'un alliage de périphérie ou de placage de la famille AA5xxx, notamment du
type
AA5083, pour application à des tôles de blindage.
5
La fabrication de billettes fourrées peut présenter l'avantage supplémentaire
de
permettre l'extrusion très rapide d'alliages durs protégés par une gaine en
alliage
moins dur, afin de pouvoir mettre en solution l'alliage dur sur simple chaleur
de
filage : en effet les vitesses de filage nécessaires sont impraticables sur
les alliages
10 durs en raison de leur mauvaise filabilité. Du fait que l'alliage dur
est entouré d'une
couche d'alliage mou , l'ensemble devient plus facilement filable et à plus
grande
vitesse autorisant précisément la mise en solution de l'alliage dur sur simple
chaleur
de filage. Cette spécificité est particulièrement intéressante, notamment dans
le cas
du filage inverse.
Le séparateur peut aussi être constitué d'une plaque plane découpée de façon à
ce
qu'elle épouse une section verticale du front de solidification parallèle à
l'une des
faces de la plaque, ou à l'une des génératrices dans le cas des billettes.
Dans ce cas
on n'obtient plus une plaque ou une billette fourrée, mais des produits bi-
couches,
voire tri-couches si l'on utilise deux séparateurs plans, voire plus.
Dans tous les cas, le séparateur peut ne pas respecter la symétrie géométrique
et
thermique de la plaque ou billette pour obtenir des épaisseurs de couches
différentes
sur les différentes faces.
En pratique, la coulée des plaques ou billettes fourrées est démarrée avec le
seul
alliage de périphérie. Puis le séparateur est introduit dans le métal liquide,
mis en
vibration, abaissé au contact du front tandis que la goulotte d'amenée de
l'alliage
d'âme est abaissée de conserve, de façon à alimenter l'intérieur du séparateur
avec
l'alliage d'âme. Tant que la vibration est activée, elle empêche la prise du
séparateur
par le front. L'expérience montre qu'il est possible d'obtenir des différences
de
niveaux entre les deux côtés du séparateur, dans un sens ou dans un autre, ce
qui est
la preuve d'une bonne étanchéité. En fin de coulée, le séparateur est relevé :
il y a
donc mélange entre les deux alliages. Cette zone doit être éboutée, à moins
que l'on
souhaite délibérément obtenir une variation de composition dans la longueur de
la
plaque ou de la billette coulée, les alliages ayant été choisis en
conséquence. C'est un
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degré de liberté supplémentaire offert par le procédé de coulée avec
séparateur
vibrant.
Dans le cas où le séparateur est constitué d'une simple plaque plane pour
la
coulée de produits bi-couche, voire tri-couche si l'on utilise deux
séparateurs plans,
la coulée est démarrée avec un seul alliage. Puis le séparateur plaque est
introduit
dans le métal liquide, mis en vibration, abaissé au contact du front tandis
que la
goulotte d'amenée de l'autre alliage est abaissée de conserve de façon à
alimenter
l'autre côté du séparateur avec l'autre alliage. La suite de la coulée
s'effectue comme
dans le cas précédent.
Bien entendu, quelle que soit la configuration, billette ou plaque fourrée, ou
bicouche
simple, outre les applications du type alliage à haute résistance mécanique /
alliage à
bonne formabilité pour tôles pour carrosserie automobile ou bicouches pour
tôles de
blindage, ce procédé permet aussi de couler des produits tels que des
bicouches avec
coeur en alliage quelconque et placage en alliage d'aluminium de haute pureté
pour
application notamment aux produits dits grand brillant , ou alliage d'âme
plaqué
d'un alliage de couverture pour les applications à des tôles de brasage, ou
encore
bicouches pour longerons et raidisseurs de voilure, cette liste n'étant pas
exhaustive.
L'invention peut également s'appliquer pour la réalisation de lingots,
plaques, ou
billettes, comportant plus de deux couches en alliages d'aluminium en
utilisant alors
plus d'un séparateur.
Dans ses détails, l'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-
après, qui
n'ont toutefois pas de caractère limitatif.
Exemples
Exemple 1
Ce premier essai n'est pas conforme à l'invention car le séparateur, du type
plaque,
ne traverse pas le moule de part en part et une seule coulée d'un seul alliage
a été
mise en uvre, mais il était destiné à démontrer l'efficacité de la vibration
pour
éviter l'entrainement de la plaque par le métal solidifié.
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Une plaque monobloc, en composite réfractaire / fibres de verre, a été
introduite et
vibrée dans le marais d'une coulée de plaque de laminage en alliage AA1050
d'une
section transversale de 1100x300mm.
La plaque réfractaire mesurait 200mm de large. Elle a été introduite
parallèlement à
la grande face de laminage, à 65mm de la paroi du moule.
La vibration de la plaque de réfractaire était assurée par un vibrateur
pneumatique du
type Netter NTC tel que ceux utilisés pour la vidange des silos à grains
et autres
trémies. Il s'agit d'une vibration multidirectionnelle de faible amplitude.
La plaque vibrée a été amenée et maintenue au contact du front de
solidification.
Des sondages à l'aide d'une baguette ont permis de s'assurer de l'effectivité
de ce
contact. Différentes pressions du vibrateur pneumatique (entre 2 bars et 4
bars) ont
été testées, de telle sorte que, compte-tenu des fréquences propres de
vibration du
montage, on obtienne une amplitude de vibration de l'ordre de 100 à 200 m à
une
fréquence de l'ordre de 100Hz.
En fin de coulée, après 400mm coulés avec la plaque sur le front (réglage 4
bars),
l'air comprimé a été coupé, et donc la vibration.
La plaque a alors immédiatement été prise par le front.
Exemple 2
Dans cet essai ont été coulées:
- une plaque bi-alliage avec périphérie en alliage AA5083 et âme en alliage
AA7449,
typique pour une application comme tôle de blindage.
- une plaque bi-alliage avec périphérie en alliage AA6016 et âme en alliage
AA7021,
typique pour une application en carrosserie automobile.
Les dimensions de la section transversale totale des plaques étaient de 1100 x
300mm.
Pour ces essais un séparateur monobloc en composite réfractaire / fibres de
verre,
dont la section transversale, sensiblement rectangulaire, épousait le front de
solidification dans un plan horizontal, a été fabriqué et utilisé de façon à
obtenir une
couche d'alliage extérieur de 75mm d'épaisseur en périphérie de plaque.
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Aux courbures près dans les angles, dictées par la forme du front de
solidification
dans ces zones, l'âme était homothétique à la section totale, avec des
dimensions
typiques de 950x150mm.
L'épaisseur du séparateur était de 12mm sur toute sa hauteur et passait
progressivement à 4mm en extrémité basse, sur une hauteur de 15mm.
En pratique, après le démarrage avec l'alliage de périphérie, le séparateur a
été
introduit dans le marais, descendu au contact du front de solidification, tout
en le
faisant vibrer dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1, de telle
sorte qu'il
ne soit pas emporté par le métal solide.
.. La vibration a été obtenue grâce au même vibrateur pneumatique vissé sur le
cadre
métallique de support du séparateur. Ce support coulissait sur des tiges de
guidage
verticales et était motorisé à l'aide d'un système de vis sans fin.
La goulotte amenant l'alliage d'âme a été alors abaissée et la cavité interne
du
séparateur alimentée.
L'étanchéité, donc la séparation des alliages, a été bien assurée, ce qu'a
démontré
l'observation pendant les coulées d'une différence de niveau entre l'intérieur
et
l'extérieur du séparateur, au gré des petites variations de débit de chacun
des alliages.
Il a été observé sur tranches de plaques que la structure granulaire était
localement
plus fine à l'emplacement du séparateur, probablement en raison de l'action
mécanique de la vibration sur les dendrites.
Une mesure en spectrométrie par étincelle de la teneur en zinc d'une section
transversale pour les deux types de plaque en fonction de la distance d en mm
d'une
face externe de la plaque dans le sens de l'épaisseur a été réalisée.
Ces profils de composition sont représentés en figures 5 et 6 et confirment la
séparation tout à fait effective des alliages.
