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" Perfectionnements apportés aux procédés de fusion des métaux légers ou ultra-légers ".
L'invention est relative aux procédés et dispositifs pour la fusion des alliages légers ou ultra-légers, c'est-à-dire, d'une façon générale, tous alliages contenant, soit de l'aluminium, soit du magnésium, soit l'un et l'autre de ces métaux (le métal dominant étant l'aluminium ou le magnésium), avec éventuellement, dans chaque cas, un ou plusieurs métaux d'addition;
elle concerne, notamment, paami ces alliages, ceux destinés plus spécialement à la fabrication des organes des moteurs, tels par exemple que ceux dénommés alliages "Y", alliages "RR" etc. de même encore que les alliages autoprotégés contre la corrosion, tels que ceux à base d'aluminium et de magnésium, avec du zirconium en proportion parexemple comprise entre 0,05 et2 %, voire davantage, et, éventuellement d'autres métaux d'addition (le magnésium, pour ces alliages autoprotégés, étant de préférence en
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proportion supérieure à 10 %).
Elle a pour but, surtout, de rendre ces procédés et dispositifs tels qu'ils permettent d'éviter certains défauts des susdits alliages, en particulier la porosité due à la libération de l'hydrogène dissous.
Elle consiste, principalement, à soumettre le métal ou l'alliage, au cours de son refroidissement, à l'action d'un gaz sous pression.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'application, ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions; et elle vise, plus particulièrement encore et ce à titre de produits industriels nouveaux, les alliages obtenus à l'aide des procédés du genre en ques- tion et comportant application de ces mêmes dispositions, les dispositifs spéciaux propres à leut obtention, ainsi que les installations comprenant de semblables dispositifs.
Et elle pourra, de toute façon, Sure bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin ne sont, bien entendu, donnés surtout qu'à titre d'indication.
Les figs 1 et 2, de ce dessin, montrent en coupe un dispositif pour opérer la fusion d'un lingot, selon les procédés conformes à l'in- vention, ledit dispositif étant lui-meme établi conformément à deux modes de réalisation différents de l'invention.
Selon l'invention, et plus spécialement selon ceux de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diver- ses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant par exemple d'opérer la fusion d'un lingot en métal léger -- par exemple encore en un alliage aluminium-magnésium-zirconium --, ledit lingot étant destiné à être utilisé ultérieurement, soit pour l'étirage, soit pour la fonderie de pièces, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
Il est connu que les alliages en question présentent, dans
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certaines conditions et tout au moins en surface, une porosité qui altère leurs qualités et qui semble due à la libération de l'hydrogène généralement dissous dans l'aluminium.
Pour remédier, notamment, à cet inconvénient, en même temps que pour conduire à divers autres avantages, on procède de façon telle, pour opérer la fusion de l'alliage, que la masse en fusion puisse être soumise à l'action d'une pression, c'est-à-dire notamment d'une pression de gaz, au cours de son refroidissement, ou pendant au moins partie notable de son processus de refroidissement.
A cet effet, on peut bien entendu procéder de multiples manières et on va donner ci-dessous un aperçu des diverses disposi- tiona susceptibles d'être adoptées pour obtenir l'alliage désiré à partir de ses constituants, étant entendu que certaines de ces dispositions pourraient, le cas échéant, être utilisées isolément.
On commence de préférence par fondre l'aluminium, par exemple dans un creuset en graphite, jusqu'à une température d'envi- ron 700 . Une fois celle-ci atteinte, l'aluminium est brassé, et, quelques minutes après, on enlève la couche d'oxyde et de crasse qui se forme à la surface du métal.
On peut alors procéder à l'addition du zirconium, avanta- geusement sous la forme d'un alliage-mère préalablement fondu, dont les teneurs en zirconium sont par exemple de l'ordre de 3 à 4 %.
Il reste ensuite à procéder à l'introduction du magnésium, laquelle on réalise, comme connu, sous au moins un flux protecteur; il y a intérêt, cependant, à s'y prendre comme suit.
On ajoute d'abord, à la surface du métal tel que traité ci- dessus et lorsqu'il a atteint une température de l'ordre de 750 ,'un mélange de sels de magnésium et autres, tels que connus dans le commerce sous la dénomination de Elrasalz.
Quand ce sel est suffisamment fondu et qu'il a couvert la surface du métal, d'un film homogène et adhérent, on introduit le magnésium préalablement cassé en gros morceaux, celui-ci étant mainte- nu sous la surface du flux par une raclette.
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Lorsque la fusion du magnésium s'est opérée, on ajoute une nouvelle couche de flux à la surface du métal, et l'on porte la température de celui-ci à 850 . Lorsque le flux est parfaitement fondu, on opère un brassage violent, à la fois du flux et du métal, pour mélanger ces deux copps dont les densités sont assez voisines.
L'opération est recommencée deux ou trois fois, jusqu'au moment où la surface du métal débarrassée du flux ait un aspect légèrement laiteux.
A ce moment, on laisse descendre la température à 750 environ, toujours en protégeant le métal sous le flux qui a été employé jusqu'alors.
On obtient ainsi un alliage qui, grâce aux opérations qui précèdent, a été soustrait à l'oxydation très violente qui tend à se produire sur le magnésium en surface, et, en outre est pratiquement pur, du fait qu'à la dernière opération, et concurremment à l'abaissement de la température, une partie du flux est passée au fond du creuset et a entraîné avec lui les diverses impuretés non solubles que le métal avait pu conserver dans sa masse.
C'est cet alliage que l'on peut utiliser pour couler dans les lingotières, opération qui selon l'invention fait intervenir, comme indiqué ci-dessus, la pression au cours du refroidissement.
En ce qui concerne la coulée proprement dite, on la réalise par tous moyens connus, de préférence lentement, par la méthode connue sous le nom de d'Urvile, ou coulée tranquille ou sous peau. Le métal, pour chaque lingot à obtenir, est par exemple coulé sous son flux, à environ 750 , dans un tube d'acier conique 1 à parois minces; à titre purement indicatif, pour un cône de 1 mètre de long et d'un diamètre moyen de 20 cm, l'épaisseur du métal sera de 5 à 10 m/m.
En ce qui concerne les moyens pour exercer la pression, on les réalise par exemple en introduisant la ou les lingotières
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dans une enceinte susceptible d'être fermée de façon étanche (fig.l), ou bien encore on coiffe la ou les lingotières d'une cloche de @ mise en pression (fig. 2).
Selon le premier mode de réalisation (fig. 1), l'appareil de mise en pression comporte un cône 2 fermé à sa base, et propre à être fermé, après introduction du tube 1 contenant sa charge de métal en fusion, par une cloche 3, avec bien entendu garnitures d'étanchéité appropriées 4 entre les collerettes 5 comportées par les parties en regard.
Ladite cloche est reliée, par un tube souple ou rigide 6, à une source de gaz comprimé, celui-ci pouvant être par exemple de l'air, du gaz carbonique, de l'azote, de l'argon etc. et des moyens étant prévus pour introduire ce gaz et en régler à volonté la pres- sion de travail,- laquelle peut être, par exemple, de l'ordre de 5 à 6 kgs ou davantage (et peut éventuellement être faite variable au cours du refroidissement).
Selon le deuxième mode de réalisation, la cloche 3 serait montée sur un support 7 sur lequel reposerait de façon étanche, en 8, la lingotière (fig. 2).
En ce qui concerne enfin les moyens pour refroidir le métal à partir de sa température de fusion, on les agence de toute manière appropriée connue, par exemple en immergeant le cône 2 (fig. 1) ou le tube 1 (fig. 2), dans l'eau froide, en totalité ou seulement, et de préférence, sur une partie de la hauteur, par exemple sur les! .
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Si nécessaire, des moyens spéciaux peuvent être prévus pour nourrir au cours du refroidissement de façon à éviter une retassure trop. importante, ces moyens consistant par exemple en une masselotte 9 disposée à proximité du métal.
La vitesse de refroidissement sera bien entendu judicieu- sement déterminée; dans le cas envisagé, d'un alliage Al-Mg-Zr, cette vitesse sera relativement grande, de façon que la cristalli- sation troublée se fasse vite et ne permette pas un refroidissement exagéré des cristaux. Cette précipitation troublée est en effet
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favorisée par le zirconium qui, si le refroidissement est trop lent, se précipite tout seul ( ou vraisemblablement sous forme de Al3Zr) dans le fond du creuset : on n'obtient plus alors une microstructure, alors que justement les qualités des alliages en question, notamment la résistance à la corresion, sont conditionnées par la présence d'une microstructure.
Pour améliorer encore la fusion des alliages en question, on pourra, selon une autre disposition de l'invention, revêtir l'intérieur du tube de coulée d'une couche d'une substance neutre telle que le mélange : silicate de soude et blanc de Meudon ou magnésie. L'opération peut s'effectuer par projection au pistolet et séchage à 300 au moins.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation adopté, on peut obtenir des alliages possédant des qualités remar- quables; par l'action combinée du refroidissement et de la pression, on evite en effet tout phénomène de sursaturation physique du système, pouvant entraîner un dégagement d'hydrogène. En outre, le susdit revêtement empêche toute cause d'oxydation pouvant tendre encore à favoriser ce dégagement d'hydrogène.
Conne il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précede, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment, celles pour lesquelles elle serait appliquée à la coulée de l'aluminium ou du magnésium, celles pour lesquelles elle serait appliquée à la coulée de pièces de fonderie, la pression étant maintenue au cours du refroidissement.
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"Improvements in light or ultra-light metal melting processes".
The invention relates to methods and devices for melting light or ultra-light alloys, that is to say, in general, all alloys containing either aluminum, or magnesium, or l 'both of these metals (the dominant metal being aluminum or magnesium), with optionally, in each case, one or more addition metals;
it relates in particular to these alloys, those intended more especially for the manufacture of engine components, such as for example those called “Y” alloys, “RR” alloys and the like. in the same way as the alloys self-protected against corrosion, such as those based on aluminum and magnesium, with zirconium in a proportion for example between 0.05 and 2%, or even more, and, optionally, other addition metals (magnesium, for these self-protected alloys, being preferably in
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proportion greater than 10%).
Its aim, above all, is to make these methods and devices such that they make it possible to avoid certain defects of the aforesaid alloys, in particular the porosity due to the release of dissolved hydrogen.
It mainly consists in subjecting the metal or the alloy, during its cooling, to the action of a pressurized gas.
It consists, apart from this main provision, of certain provisions which are preferably used at the same time and which will be discussed more explicitly below.
It relates more particularly to certain modes of application, as well as certain embodiments, of said provisions; and it relates, more particularly still and this as new industrial products, to the alloys obtained by means of the processes of the type in question and comprising the application of these same provisions, the special devices specific to their production, as well as the installations comprising similar devices.
And it can, in any event, be properly understood with the aid of the additional description which follows as well as the appended drawing, which supplement and drawing are, of course, given above all by way of indication.
FIGS. 1 and 2 of this drawing show in section a device for operating the melting of an ingot, according to the methods according to the invention, said device itself being established in accordance with two different embodiments of invention.
According to the invention, and more especially according to those of its modes of application, as well as those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, proposing for example to operate the melting of an ingot of light metal - for example also of an aluminum-magnesium-zirconium alloy -, said ingot being intended to be used subsequently, either for drawing or for casting parts, this is done as follows or analogously.
It is known that the alloys in question exhibit, in
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certain conditions and at least on the surface, a porosity which alters their qualities and which seems to be due to the release of hydrogen generally dissolved in aluminum.
To remedy, in particular, this drawback, at the same time as to lead to various other advantages, one proceeds in such a way, in order to operate the melting of the alloy, that the molten mass can be subjected to the action of a pressure, that is to say in particular of a gas pressure, during its cooling, or during at least a significant part of its cooling process.
To this end, one can of course proceed in many ways and an outline will be given below of the various arrangements that may be adopted to obtain the desired alloy from its constituents, it being understood that some of these arrangements could, where appropriate, be used in isolation.
The aluminum is preferably first melted, for example in a graphite crucible, to a temperature of about 700. Once this has been reached, the aluminum is stirred and, a few minutes later, the layer of oxide and grime which forms on the surface of the metal is removed.
The zirconium can then be added, advantageously in the form of a previously molten parent alloy, the zirconium contents of which are for example of the order of 3 to 4%.
It then remains to proceed with the introduction of the magnesium, which is carried out, as known, under at least one protective flux; there is interest, however, in going about it as follows.
Is first added to the surface of the metal as treated above and when it has reached a temperature of the order of 750, 'a mixture of salts of magnesium and others, as known in the trade under the name of Elrasalz.
When this salt is sufficiently melted and it has covered the surface of the metal with a homogeneous and adherent film, the magnesium previously broken into large pieces is introduced, the latter being kept under the surface of the flux by a scraper. .
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When the magnesium has melted, a new layer of flux is added to the surface of the metal, and the temperature of the latter is brought to 850. When the flux is perfectly melted, a violent stirring is carried out, both of the flux and of the metal, to mix these two copps, the densities of which are quite similar.
The operation is repeated two or three times, until the metal surface freed from the flux has a slightly milky appearance.
At this time, the temperature is allowed to drop to about 750, still protecting the metal under the flux which has been used until then.
An alloy is thus obtained which, thanks to the preceding operations, has been removed from the very violent oxidation which tends to occur on the magnesium at the surface, and, moreover, is practically pure, owing to the fact that at the last operation, and concurrently with the lowering of the temperature, part of the flow passed to the bottom of the crucible and carried with it the various non-soluble impurities which the metal had been able to retain in its mass.
It is this alloy which can be used for casting in the molds, an operation which according to the invention involves, as indicated above, the pressure during cooling.
As regards the actual casting, it is carried out by any known means, preferably slowly, by the method known under the name of d'Urvile, or quiet casting or under the skin. The metal, for each ingot to be obtained, is for example cast under its flow, at about 750, in a conical steel tube 1 with thin walls; purely as an indication, for a cone 1 meter long and with an average diameter of 20 cm, the thickness of the metal will be 5 to 10 m / m.
As regards the means for exerting the pressure, they are produced for example by introducing the mold (s)
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in an enclosure capable of being closed in a leaktight manner (fig.l), or else the mold or molds are capped with a pressurizing bell (fig. 2).
According to the first embodiment (fig. 1), the pressurizing apparatus comprises a cone 2 closed at its base, and suitable for being closed, after introduction of the tube 1 containing its charge of molten metal, by a bell. 3, of course with suitable seals 4 between the flanges 5 provided by the facing parts.
Said bell is connected, by a flexible or rigid tube 6, to a source of compressed gas, the latter possibly being for example air, carbon dioxide, nitrogen, argon, etc. and means being provided to introduce this gas and adjust the working pressure at will, - which can be, for example, of the order of 5 to 6 kgs or more (and can optionally be made variable during cooling).
According to the second embodiment, the bell 3 would be mounted on a support 7 on which would rest in a sealed manner, at 8, the mold (FIG. 2).
Finally, as regards the means for cooling the metal from its melting point, they are arranged in any suitable known manner, for example by immersing the cone 2 (fig. 1) or the tube 1 (fig. 2), in cold water, in whole or only, and preferably, over part of the height, for example on! .
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If necessary, special means can be provided to feed during cooling so as to avoid too much shrinkage. important, these means consisting for example of a weight 9 arranged near the metal.
The cooling rate will of course be judiciously determined; in the envisaged case of an Al-Mg-Zr alloy, this rate will be relatively high, so that the disturbed crystallization takes place quickly and does not allow excessive cooling of the crystals. This troubled rush is indeed
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favored by the zirconium which, if the cooling is too slow, precipitates itself (or probably in the form of Al3Zr) in the bottom of the crucible: we no longer obtain a microstructure, whereas precisely the qualities of the alloys in question, in particular the resistance to corresion, are conditioned by the presence of a microstructure.
To further improve the melting of the alloys in question, it is possible, according to another arrangement of the invention, to coat the inside of the pouring tube with a layer of a neutral substance such as the mixture: sodium silicate and sodium white. Meudon or magnesia. The operation can be carried out by spraying with a spray gun and drying at 300 at least.
As a result, whatever the embodiment adopted, it is possible to obtain alloys having remarkable qualities; by the combined action of cooling and pressure, in fact any phenomenon of physical supersaturation of the system, which can lead to the release of hydrogen, is avoided. In addition, the aforesaid coating prevents any cause of oxidation which may further tend to promote this release of hydrogen.
It goes without saying, and as it follows moreover from the foregoing, the invention is in no way limited to those of its modes of application nor to those of the embodiments of its various parts having been more especially considered; it embraces, on the contrary, all the variants thereof, in particular those for which it would be applied to the casting of aluminum or magnesium, those for which it would be applied to the casting of foundry parts, the pressure being maintained during cooling.
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