FR3133774A1 - Device for controlling the local temperature of a magnesium part during its manufacturing by casting, and method using this device - Google Patents
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Abstract
Procédé de moulage de pièces en magnésium ou alliage de magnésium dans un moule métallique permanent, dans lequel, successivement et de manière cyclique, (i) on injecte une quantité de métal liquide, qui peut être du magnésium liquide ou un alliage de magnésium liquide, dans un moule pemanent, (ii) on laisse solidifier ledit métal liquide pour obtenir une pièce en magnésium ou alliage d’aluminium, (iii) et on enlève ladite pièce, ledit procédé étant caractérisé en ce que : - ledit moule comporte au moins une zone refroidie par un conduit dans lequel est injecté une quantité de liquide qui s’évapore en contact avec la paroi chaude dudit conduit ; - au moins une fois au cours de l’étape (ii) on injecte, avec une pression PL, une quantité de liquide dans ledit conduit, de manière à ce que ledit liquide puisse s’évaporer au moins en partie, pour refroidir localement la paroi du moule ; - après l’étape (iii) et avant l’étape (i) du cycle suivant, on injecte dans le même conduit une quantité de gaz, avec une pression PG , et on vérifie la présence d’une fuite dans ledit conduit ; sachant que ledit gaz est un gaz inert par rapport audit métal liquide.Process for molding parts made of magnesium or magnesium alloy in a permanent metal mold, into which, successively and cyclically, (i) a quantity of liquid metal is injected, which may be liquid magnesium or a liquid magnesium alloy, in a permanent mold, (ii) said liquid metal is allowed to solidify to obtain a part made of magnesium or aluminum alloy, (iii) and said part is removed, said method being characterized in that: - said mold comprises at least one zone cooled by a conduit into which a quantity of liquid is injected which evaporates in contact with the hot wall of said conduit; - at least once during step (ii) a quantity of liquid is injected with a pressure PL into said conduit, so that said liquid can evaporate at least in part, to locally cool the mold wall; - after step (iii) and before step (i) of the following cycle, a quantity of gas is injected into the same conduit, with a pressure PG, and the presence of a leak in said conduit is checked; knowing that said gas is an inert gas with respect to said liquid metal.
Description
L’invention relève du domaine de la fonderie, et plus précisément du domaine de la fabrication de pièces en magnésium ou alliage de magnésium par coulée de métal à l’état de fusion dans un moule pemanent. Plus précisément, l’invention concerne un dispositif et procédé permettant de contrôler la température locale du moule lors de l’introduction et du refroidissement du magnésium ou alliage de magnésium liquide dans un moule métallique. L’invention porte en particulier sur un nouveau procédé de fabrication de pièces en magnésium ou alliage de magnésium par moulage qui permet le contrôle de la température locale de la matière introduite dans le moule. L’invention s’applique notamment au moulage par injection, à haute pression ou à basse pression, et au moulage par gravité.The invention relates to the field of foundry, and more precisely to the field of manufacturing parts made of magnesium or magnesium alloy by casting metal in the molten state in a permanent mold. More specifically, the invention relates to a device and method making it possible to control the local temperature of the mold during the introduction and cooling of liquid magnesium or magnesium alloy in a metal mold. The invention relates in particular to a new process for manufacturing parts made of magnesium or magnesium alloy by molding which allows control of the local temperature of the material introduced into the mold. The invention applies in particular to injection molding, at high pressure or low pressure, and to gravity molding.
Le moulage est une technique métallurgique de mise en forme très ancienne. Aujourd’hui le procédé de moulage par injection dans un moule permanent est largement utilisé pour fabriquer des pièces de forme complexe en grande série. On produit ainsi par moulage en moules métalliques des pièces en divers alliages légers destinées au secteur de l’automobile, tel que des culasses et des carters ; on produit également des pièces de forme complexes pour l’industrie aéronautique et pour le génie mécanique, telles que des pièces de structure, des échangeurs de chaleur, des pièces de raccord mécanique ou fluidique. En dehors des alliages dits légers (aluminium, aluminium-silicium, magnésium) les alliages mis en forme par moulage par injection sont notamment des alliages de cuivre et des alliages de zinc (tel que la famille d’allages de zinc connue sous le nom de zamak). Dans le domaine des métaux ferreux on connaît notamment le moulage de la fonte.Casting is a very old metallurgical shaping technique. Today the injection molding process in a permanent mold is widely used to manufacture parts of complex shapes in large series. We thus produce by casting in metal molds parts in various light alloys intended for the automobile sector, such as cylinder heads and crankcases; we also produce complex shaped parts for the aeronautical industry and for mechanical engineering, such as structural parts, heat exchangers, mechanical or fluidic connection parts. Apart from so-called light alloys (aluminum, aluminum-silicon, magnesium), alloys shaped by injection molding include copper alloys and zinc alloys (such as the family of zinc alloys known as zamak). In the field of ferrous metals we know in particular the casting of cast iron.
Les moules permanents présentent en règle générale au moins deux parties, appelées coquilles, qui, en se fermant l’une sur l’autre, définissent la forme externe de la pièce moulée ; elles peuvent comprendre des noyaux pour former des orifices ou des dépressions dans la pièce. L’épaisseur de paroi des pièces moulées complexes peut varier de manière significative d’un endroit à l’autre. Puisque la chaleur latente de solidification est extraite par le moule, cela implique une variation de la vitesse de refroidissement d’un volume de métal coulé en fonction de son éloignement de la paroi la plus proche du moule. La vitesse de refroidissement influe sur la structure métallurgique au sein de la pièce moulée, à la fois sur la macroségrégation, sur la microségrégation et sur la précipitation. Il s’ensuit que les caractéristiques mécaniques du matériau de la pièce moulée peuvent varier d’un endroit à l’autre, en fonction de la vitesse de refroidissement locale. Cet effet est typiquement faible pour des pièces moulées de petite taille, mais il peut devenir significatif pour des pièces de grande taille ; la conséquence est le concepteur de la pièce ne peut pas tirer pleinement profit des possibilités de l’alliage avec lequel il conçoit la pièce moulée, car il doit prendre en compte l’endroit le plus faible de la pièce. Cette situation complique également la modélisation des pièces moulées lors de leur conception. Et enfin, cela augmente le risque d’apparition de défauts dans des zones critiques de la pièce : ces défauts peuvent notamment être des retassures ou des porosités.Permanent molds generally have at least two parts, called shells, which, by closing one on the other, define the external shape of the molded part; they may include cores to form orifices or depressions in the part. The wall thickness of complex castings can vary significantly from location to location. Since the latent heat of solidification is extracted by the mold, this implies a variation in the cooling rate of a volume of cast metal depending on its distance from the wall closest to the mold. The cooling rate influences the metallurgical structure within the casting, both macrosegregation, microsegregation and precipitation. It follows that the mechanical characteristics of the casting material may vary from location to location, depending on the local cooling rate. This effect is typically weak for small molded parts, but it can become significant for large parts; The consequence is that the designer of the part cannot take full advantage of the possibilities of the alloy with which he designs the cast part, because he must take into account the weakest place in the part. This situation also complicates the modeling of molded parts during their design. And finally, this increases the risk of defects appearing in critical areas of the part: these defects can in particular be sinkholes or porosities.
La manipulation et la coulée de métal liquide présentent de nombreux risques. Ces risques sont liés à la température, au caractère liquide du métal, et possiblement à sa réactivité chimique. D’une manière générale, le contact d’un métal chaud en fusion avec l’eau peut conduire à des phénomènes violents d’évaporation, en l’absence de toute réactivité chimique entre l’eau et le métal. Ce contact peut aussi engendrer un risque d’explosion si le métal liquide peut réagir avec l’eau ; ce double risque est connu notamment de la fonderie de l’aluminium. Parmi les métaux légers, le magnésium présente la caractéristique d’être un métal combustible, et cela même à l’état massif : non seulement il peut réagir violemment avec l’eau, l’humidité et l’oygène de l’air à l’état liquide, mais encore il peut brûler à l’état solide en cas d’incendie, en développant une lumière blanche et une fumée blanche très intenses ; en présence d’humidité un feu de magnésium est particulièrement violent. Les équipments et procédés mis en oeuvre dans une fonderie du magnésium doivent garantir que cela ne puisse pas se produire. Pour cette raison, on minimise dans une fonderie de magnésium l’utilisation d’eau (ou d’autres liquides réactifs) et la présence de conduits d’eau, à quelle fin que ce soit.Handling and casting liquid metal presents many risks. These risks are linked to temperature, the liquid nature of the metal, and possibly its chemical reactivity. Generally speaking, contact of a hot molten metal with water can lead to violent evaporation phenomena, in the absence of any chemical reactivity between the water and the metal. This contact can also create a risk of explosion if the liquid metal can react with water; This double risk is known in particular from aluminum foundries. Among the light metals, magnesium has the characteristic of being a combustible metal, even in its massive state: not only can it react violently with water, humidity and oxygen in the air. liquid state, but it can burn in the solid state in the event of a fire, developing a very intense white light and white smoke; in the presence of humidity a magnesium fire is particularly violent. The equipment and processes used in a magnesium foundry must ensure that this cannot happen. For this reason, the use of water (or other reactive liquids) and the presence of water pipes, for any purpose, is minimized in a magnesium foundry.
Il y a également lieu de protéger le magnésium liquide ou chaud contre tout contact avec l’air car contrairement à l’aluminium, le magnésium ne forme pas une peau d’oxyde impénétrable pour l’oxygène. Ainsi, le magnésium liquide réagit avec l’air, alors que la peau d’oxyde qui se forme sur l’aluminium liquide est stable. SI l’homme du métier du moulage de l’aluminium connaît depuis des décennies des techniques de refroidissement local (appelé aussi « refroidissement dirigé ») d’un moule, qui sont basées sur l’utilisation de parois localement refroidies et/ou d’inserts refroidis, ces techniques ne sont pas utilisées en fonderie de magnésium. Il y a essentiellement deux raisons pour cela : jusqu’il y a une ou deux décennies, les pièces moulées en magnésium n’avaient pas atteint une taille qui exige réellement l’utilisation de ces techniques (même si l’indisponibilité des ces techniques de refroidissement dirigé a pu engendrer des contraintes pour la conception de pièces moulées en magnésium même de taille faible ou moyenne), et par ailleurs, ces techniques de refroidissement dirigé utilisent en règle générale un liquide caloporteur qui risque de réagir violamment avec le magnésium en cas de contact accidentel.It is also necessary to protect liquid or hot magnesium against any contact with air because, unlike aluminum, magnesium does not form an oxide skin that is impenetrable to oxygen. Thus, liquid magnesium reacts with air, while the oxide skin that forms on liquid aluminum is stable. If those skilled in the art of aluminum casting have known for decades local cooling techniques (also called “directed cooling”) of a mold, which are based on the use of locally cooled walls and/or cooled inserts, these techniques are not used in magnesium foundry. There are essentially two reasons for this: until a decade or two ago, magnesium castings had not reached a size that actually required the use of these techniques (although the unavailability of these casting techniques directed cooling may have generated constraints for the design of magnesium castings, even of small or medium size), and moreover, these directed cooling techniques generally use a heat transfer liquid which risks reacting violently with the magnesium in the event of accidental contact.
Un premier problème que la présente invention cherche à résoudre est de faire progresser la technologie de moulage du magnésium pour faciliter la production de pièces de grande dimension et/ou présentant une forte variation de l’épaisseur, avec des caractéristiques mécaniques homogènes. Un autre problème est de rendre possible le refroidissemement dirigé en fonderie de magnésium, dans des conditions de sécurité optimales, et d’en tirer un profit maximal pour optimiser les procédés de moulage existants.A first problem that the present invention seeks to solve is to advance magnesium molding technology to facilitate the production of large parts and/or exhibiting a large variation in thickness, with homogeneous mechanical characteristics. Another problem is to make controlled cooling possible in magnesium foundries, under optimal safety conditions, and to take maximum advantage of it to optimize existing casting processes.
Selon l’invention, le problème, qui se pose dans un procédé de moulage de pièces en magnésium ou alliage de magnésium dans un moule métallique permanent, dans lequel, successivement et de manière cyclique, (i) on injecte une quantité de métal liquide, qui peut être du magnésium liquide ou un alliage de magnésium liquide, dans un moule pemanent, (ii) on laisse solidifier ledit métal liquide pour obtenir une pièce en magnésium ou alliage de magnésium, (iii) et on enlève ladite pièce, est résolu par la combinaison des caractéristiques techniques suivantes :According to the invention, the problem, which arises in a process of molding parts made of magnesium or magnesium alloy in a permanent metal mold, into which, successively and cyclically, (i) a quantity of liquid metal is injected, which can be liquid magnesium or a liquid magnesium alloy, in a permanent mold, (ii) said liquid metal is allowed to solidify to obtain a part made of magnesium or magnesium alloy, (iii) and said part is removed, is solved by the combination of the following technical characteristics:
- ledit moule comporte au moins une zone refroidie par un conduit dans lequel est injecté une quantité de liquide qui s’évapore en contact avec la paroi chaude dudit conduit ;- said mold comprises at least one zone cooled by a conduit into which a quantity of liquid is injected which evaporates in contact with the hot wall of said conduit;
- au moins une fois au cours de l’étape (ii) on injecte, avec une pression PL, une quantité de liquide dans ledit conduit, de manière à ce que ledit liquide puisse s’évaporer au moins en partie, pour refroidir localement la paroi du moule ;- at least once during step (ii) a quantity of liquid is injected, with a pressure P L , into said conduit, so that said liquid can evaporate at least in part, to cool locally the wall of the mold;
- après l’étape (iii) et avant l’étape (i) du cycle suivant, dans une étape appelée « épreuve de pression », on injecte dans le même conduit une quantité de gaz, avec une pression PG, et on vérifie la présence d’une fuite dans ledit conduit ; sachant que ledit gaz est un gaz inert par rapport audit métal liquide.- after step (iii) and before step (i) of the following cycle, in a step called "pressure test", a quantity of gas is injected into the same conduit, with a pressure P G , and we check the presence of a leak in said conduit; knowing that said gas is an inert gas with respect to said liquid metal.
Dans des modes de réalisation particuliers de ce procédé, qui peuvent être combinés entre eux :In particular embodiments of this process, which can be combined with each other:
- on vérifie la présence d’une fuite en détectant la décroissance de cette pression lorsque l’on ferme ledit conduit ;the presence of a leak is checked by detecting the decrease in this pressure when said conduit is closed;
- lorsque l’on détecte une fuite dans ledit conduit on arrête immédiatement la poursuite du procédé ;when a leak is detected in said conduit, the continuation of the process is immediately stopped;
- avant de procéder à l’épreuve de pression, dans une étape appelée « purge », on purge ledit conduit avec un gaz inert injecté avec une pression PP, ou on met ledit conduit sous vide, afin de débarrasser ledit conduit de la vapeur dudit liquide ;before carrying out the pressure test, in a step called "purging", said conduit is purged with an inert gas injected with a pressure P P , or said conduit is placed under vacuum, in order to rid said conduit of the steam from said liquid ;
- ledit conduit dans lequel est injecté ledit liquide est aménagé dans un noyau métallique en contact thermique avec ledit moule, notamment sous la forme d’un canal rectiligne ou d’un canal hélicoïdal.said conduit into which said liquid is injected is arranged in a metal core in thermal contact with said mold, in particular in the form of a rectilinear channel or a helical channel.
Dans la présente description, le terme « magnésium » englobe les alliages de magnésium.In the present description, the term "magnesium" includes magnesium alloys.
Le refroidissement localisé d’une pièce moulée après l’introduction du métal liquide dans le moule est connu de la fonderie de l’aluminium ; cela est décrit dans Aluminium-Taschenbuch, 14èmeédition, Düsseldorf 1983, p. 419. Selon cette technique, un noyau de moule est formé par un corps tubulaire borgne (appelé aussi « doigt de refroidissement » ou plus couramment « core pin ») présentant un conduit pour un fluide. Ledit corps tubulaire est refroidi de l’intérieur par l’évaporation d’une quantité d’eau injectée dans ledit conduit ; ce procédé est connu sous le terme « jet cooling ». Différentes variantes de dispositifs de ce type sont décrits par exemple dans les documents JP 2008 073 722, JP 4 509 684 et WO 03/037547 de la société Ahresty.The localized cooling of a casting after the introduction of the liquid metal into the mold is known from aluminum foundry; this is described in Aluminum-Taschenbuch, 14th edition, Düsseldorf 1983, p. 419. According to this technique, a mold core is formed by a blind tubular body (also called “cooling finger” or more commonly “core pin”) presenting a conduit for a fluid. Said tubular body is cooled from the inside by the evaporation of a quantity of water injected into said conduit; this process is known under the term “jet cooling”. Different variants of devices of this type are described for example in the documents JP 2008 073 722, JP 4 509 684 and WO 03/037547 from the company Ahresty.
La demanderesse commercialise des dispositifs de refroidissement par jet pouvant être branchés sur une machine de fonderie comportant des doigts de refroidissement, pour mettre en peuvre un procédé de coulée comportant, pour chaque cycle de coulée, un procédé de refroidissement cyclique à trois étapes. Dans ce procédé de refroidissemement cyclique, on injecte d’abord à travers une première entrée une quantité d’eau dans le corps tubulaire ; dans une deuxième étape, cette eau s’évapore au moins en partie (et c’est surtout l’enthalpie d’évaporation qui provoque le refroidissement), et la vapeur d’eau est chassée ensuite, dans une troisième étape, par un jet d’air injecté à travers une deuxième entrée. Ce cycle de refroidissement, qui est executé lorsque le moule est fermé et le métal liquide à solidifier a été injecté dans ledit moule, peut être répété plusieurs fois pour chaque cycle de moulage. Le terme « cycle de moulage » tel qu’utilisé ici désigne le cycle complet du moulage d’une pièce, qui débute avec la fermeture du moule vide, comprend l’injection du métal liquide à solifier dans le moule, l’ouverture du moule, l’enlèvement de la pièce moulée, et se termine typiquement avec la préparation des surfaces internes du moule, par exemple un dépoussiérage à l’air comprimé et la vaporisation d’un produit anti-adhésif (poteyage).The applicant markets jet cooling devices which can be connected to a foundry machine comprising cooling fingers, to implement a casting process comprising, for each casting cycle, a cyclical cooling process with three stages. In this cyclic cooling process, a quantity of water is first injected through a first inlet into the tubular body; in a second stage, this water evaporates at least in part (and it is mainly the enthalpy of evaporation which causes the cooling), and the water vapor is then expelled, in a third stage, by a jet of air injected through a second inlet. This cooling cycle, which is carried out when the mold is closed and the liquid metal to solidify has been injected into said mold, can be repeated several times for each molding cycle. The term "molding cycle" as used here designates the complete cycle of molding a part, which begins with the closing of the empty mold, includes the injection of the liquid metal to be solified into the mold, the opening of the mold , the removal of the molded part, and typically ends with the preparation of the internal surfaces of the mold, for example dusting with compressed air and spraying with a non-stick product (poteyage).
Le doigt de refroidissement est en alliage métallique qui résiste au contact avec le matériau fondu. Sa durée de vie est cependant limitée, à cause, d’une part, de la réactivité du métal liquide, et, d’autre part, des contraintes thermomécaniques. Compte tenu du risque de percement du doigt de refroidissement par l’usure, on vérifie après chaque cycle de moulage l’étanchéité du système ; c’est l’une des fonctions du jet d’air. Cet essai d’étanchéité est appelé ici « épreuve de pression ». L’autre fonction du jet d’air est de chasser toute trace d’eau du corps tubulaire en fin du cycle de moulage, avant l’arrivée du métal liquide dans le moule, compte tenu du risque d’explosion en cas de contact direct entre l’eau et le métal liquide. Cette opération est appelée ici « purge ». Typiquement, l’épreuve de pression est effectuée après la purge du corps tubulaire.The cooling finger is made of metal alloy which resists contact with molten material. Its lifespan is however limited, due, on the one hand, to the reactivity of the liquid metal, and, on the other hand, to thermomechanical constraints. Given the risk of piercing the cooling finger due to wear, the tightness of the system is checked after each molding cycle; this is one of the functions of the air jet. This leak test is called here “pressure test”. The other function of the air jet is to expel any trace of water from the tubular body at the end of the molding cycle, before the arrival of the liquid metal in the mold, taking into account the risk of explosion in the event of direct contact. between water and liquid metal. This operation is called here “purging”. Typically, the pressure test is carried out after purging the tubular body.
Cette technique ne peut être transposée directement à la fonderie de magnésium, car le risque d’explosion de magnésium liquide en contact avec des traces d’eau ou de vapeur d’eau est encore plus grand que dans le cas de la fonderie d’aluminium ; par ailleurs, contrairement à l’aluminium, le magnésium solide est également combustible en cas d’incendie, ce qui potentialise le risque. Pour cette raison, jusqu’à maintenant il n’a pas été envisagé à présent d’utiliser la technique du jet cooling dans la fonderie du magnésium.This technique cannot be transposed directly to the magnesium foundry, because the risk of explosion of liquid magnesium in contact with traces of water or water vapor is even greater than in the case of the aluminum foundry ; Furthermore, unlike aluminum, solid magnesium is also combustible in the event of fire, which increases the risk. For this reason, until now it has not been considered to use the jet cooling technique in the magnesium foundry.
La demanderesse a trouvé que l’utilisation d’eau comme fluide caloporteur est en principe compatible avec l’utilisation de la technique du jet cooling en fonderie du magnésium, mais à condition de prévenir tout risque de contact entre l’eau et le magnésium, et également entre l’oxygène et le magnésium. Ainsi, elle a apporté deux modifications à la technique du jet cooling connue de la fonderie de l’aluminium.The applicant has found that the use of water as a heat transfer fluid is in principle compatible with the use of the jet cooling technique in magnesium foundries, but provided that any risk of contact between water and magnesium is prevented, and also between oxygen and magnesium. Thus, it made two modifications to the jet cooling technique known from aluminum foundries.
Selon un aspect essentiel de l’invention, l’épreuve de pression est effectuée avec un fluide qui doit être inerte par rapport au magnésium liquide. Ce fluide doit présenter une viscosité significativement plus petite à celle de l’eau ; on utilise donc un gaz. Cette épreuve de pression vise à détecter un défaut d’étanchéité dans le doigt de refroidissement à un stade très précoce (par exemple à un stade de porosité où le défaut d’étanchéité conduit bien à une chute mésurable de la pression d’un gaz, mais ne conduirait pas encore à une fuite d’eau, même à une pression d’injection d’eau supérieure à celle du gaz lors de l’épreuve de pression, compte tenu de la différence de viscosité entre ces deux fluides).According to an essential aspect of the invention, the pressure test is carried out with a fluid which must be inert with respect to the liquid magnesium. This fluid must have a viscosity significantly lower than that of water; we therefore use a gas. This pressure test aims to detect a leak in the cooling finger at a very early stage (for example at a porosity stage where the leak leads to a measurable drop in the pressure of a gas, but would not yet lead to a water leak, even at a water injection pressure higher than that of gas during the pressure test, taking into account the difference in viscosity between these two fluids).
Une autre finalité de cette épreuve de pression est, dans un cas extrême, de provoquer la rupture d’un doigt de refroidissement dégradé mais encore étanche à la pression du gaz de purge ou du liquide lors de l’injection d’eau. L’objectif global étant d’éviter la rupture lors de l’étape d’injection d’eau ou lors de l’étape de la purge de la vapeur d’eau, on préfère provoquer la rupture du conduit lors de l’épreuve de pression, c’est-à-dire à un moment ou cela n’engendre pas d’explosion, que de subir cette rupure à un moment où ses conséquences seront graves.Another purpose of this pressure test is, in an extreme case, to cause the rupture of a degraded cooling finger but still tight to the pressure of the purge gas or liquid during water injection. The overall objective being to avoid rupture during the water injection stage or during the water vapor purging stage, we prefer to cause the conduit to rupture during the pressure test. pressure, that is to say at a time when this does not generate an explosion, than to suffer this rupture at a time when its consequences will be serious.
Plus précisément, lors de l’épreuve de pression, on injecte dans le même conduit que celui qui est utilisé pour injecter le liquide, une quantité de gaz inert avec une pression PG, et on vérifie la présence d’une fuite dans ledit conduit en détectant une éventuelle chute de pression après l’injection.More precisely, during the pressure test, a quantity of inert gas with a pressure P G is injected into the same conduit as that which is used to inject the liquid, and the presence of a leak in said conduit is checked. by detecting a possible drop in pressure after injection.
Ledit fluide inert utilisé pour l’épreuve de pression peut être tout fluide gazeux qui ne réagit pas avec le magnésium liquide. A cette fin il doit être exempt de traces d’humidité et d’oxygène. Il peut s’agit en premier lieu d’un gaz noble, de préférence de l’argon. On peut également utiliser le SF6(qui est déjà utilisé comme gaz inerte en fonderie de magnésium pour protéger la surface du métal liquide, mais qui est susceptible de poser des problèmes écologiques). On peut également utiliser le SO2(qui est également utilisé en fonderie du magnésium, pour remplacer le SF6, mais qui est susceptible de poser des problèmes de sécurité pour les travailleurs) ; il peut être utlisé pur ou en mélange avec l’azote ou l’argon. On peut également utiliser le CO2ou le CO (ce dernier n’étant pas préféré à cause de sa toxicité), purs ou en mélange avec l’azote ou l’argon. On peut également utiliser l’azote. On peut utiliser des mélanges de ces fluides. Ces mélanges peuvent contenir de l’hydrogène, de préférence pas plus que 10 % volumiques.Said inert fluid used for the pressure test can be any gaseous fluid which does not react with liquid magnesium. To this end it must be free from traces of humidity and oxygen. It may primarily be a noble gas, preferably argon. SF 6 can also be used (which is already used as an inert gas in magnesium foundries to protect the surface of the liquid metal, but which is likely to pose ecological problems). We can also use SO 2 (which is also used in magnesium foundries, to replace SF 6 , but which is likely to pose safety problems for workers); it can be used pure or mixed with nitrogen or argon. It is also possible to use CO 2 or CO (the latter not being preferred because of its toxicity), pure or mixed with nitrogen or argon. Nitrogen can also be used. Mixtures of these fluids can be used. These mixtures may contain hydrogen, preferably not more than 10% by volume.
Parmi tous ces fluides on préfère l’argon.Among all these fluids, argon is preferred.
La demanderesse a trouvé que le contact direct entre les gaz indiqués (par exemple l’argone) et le magnésium liquide ne conduit pas à des réactions chimiques laissant présager le risque de situations dangereuses ; en particulier, la purge du conduit, qui contient d’abord de l’eau liquide puis de la vapeur d’eau, par le gaz de purge peut être totale, de manière à ce qu’en cas de perçage du conduit lors de l’épreuve de pression, qui vise à mettre hors état de nuire un conduit dont la paroi est devenue fragile, la pénétration du gaz utilisé pour l’épreuve de pression dans le moule n’engendre pas de risque en contact avec d’éventuels restes de métal liquide ou solide dans le moule ou à proximite du moule. Il convient de noter que l’épreuve de pression est toujours effectuée lorsque le moule est vide de tout métal, c’est-à-dire en fin de cycle de moulage après l’enlèvement de la pièce solidifiée (autrement dit avant le remplissage du moule par le métal liquide lors du cycle de moulage suivant).The applicant has found that direct contact between the indicated gases (for example argone) and liquid magnesium does not lead to chemical reactions suggesting the risk of dangerous situations; in particular, the purging of the conduit, which first contains liquid water then water vapor, by the purge gas can be complete, so that in the event of perforation of the conduit during the pressure test, which aims to put out of harm's way a conduit whose wall has become fragile, the penetration of the gas used for the pressure test into the mold does not generate a risk in contact with possible remains of liquid or solid metal in the mold or near the mold. It should be noted that the pressure test is always carried out when the mold is empty of all metal, that is to say at the end of the molding cycle after the removal of the solidified part (in other words before filling the mold by the liquid metal during the next molding cycle).
Le gaz de purge peut être de l’air. Alternativement ou au préalable, on peut appliquer un vide au circuit de refroidissement comprenant le corps tubulaire. Le gaz de purge peut être un gaz inert vis-à-vis du magnésium liquide, par exemple de l’azote. Il peut être le même gaz que celui utilisé pour l’épreuve de pression, ou il peut être un gaz différent.The purge gas may be air. Alternatively or beforehand, a vacuum can be applied to the cooling circuit comprising the tubular body. The purge gas can be a gas inert with respect to liquid magnesium, for example nitrogen. It may be the same gas as that used for the pressure test, or it may be a different gas.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’épreuve de pression se fait à une pression PGau moins égale à, et de préférence supérieure, à la pression PPutilisée pour l’injection de gaz de purge lors de l’étape de purge de la vapeur d’eau, et/ou à une pression au moins égale à, et de préférence supérieure, à la pression PLutilisée pour l’injection de liquide lors de l’étape de refroidissement. La condition PG> PPest plus importante, car les fluides utilisés pour l’épreuve de pression (pression PP) et pour la purge (pression PP) sont des gaz, alors que le liquide injecté lors de l’étape de refroidissement à une pression PPest un liquide dont la viscosité est plus grande que celle des gaz.According to an advantageous embodiment of the invention, the pressure test is carried out at a pressure P G at least equal to, and preferably greater than, the pressure P P used for the injection of purge gas during the the step of purging the water vapor, and/or at a pressure at least equal to, and preferably greater than, the pressure P L used for the injection of liquid during the cooling step. The condition P G > P P is more important, because the fluids used for the pressure test (pressure P P ) and for the purge (pressure P P ) are gases, while the liquid injected during the stage of cooling to a pressure P P is a liquid whose viscosity is greater than that of gases.
A tite d’exemple, PPpeut être de l’ordre de 2 à 8 bars, et de préférence de l’ordre de 2 à 7 bars ; on utilise typiquement une pression d’air de 6 bar, qui peut être obtenue en appliquant un limitateur de pression réglé à 6 bar à un réseau de distribution d’air comprimé distribuant une pression de 7 bar. Si l’on utilise un gaz inert, ce dernier sera typiquement fourni par un réservoir mobile prévu pour fournir une pression supérieure à 6 bar, par exemple 20 bars. Même dans ce cas, une pression PPcomprise entre 2 à 8 bars (de préférence entre 2 bar et 7 bar) convient : pour limiter la consommation de gaz inerte on n’a pas besoin d’aller au-delà de cette pression.For example, P P can be of the order of 2 to 8 bars, and preferably of the order of 2 to 7 bars; An air pressure of 6 bar is typically used, which can be obtained by applying a pressure limiter set at 6 bar to a compressed air distribution network distributing a pressure of 7 bar. If an inert gas is used, the latter will typically be supplied by a mobile tank designed to provide a pressure greater than 6 bar, for example 20 bar. Even in this case, a pressure P P between 2 to 8 bars (preferably between 2 bar and 7 bar) is suitable: to limit the consumption of inert gas there is no need to go beyond this pressure.
La pression PGpeut être également de l’ordre de 2 à 8 bars, et elle est de préférence comprise entre 4 bar et 7 bar. Dans un mode de réalisation avantageux, PG> x PP. De préférence, x > 1,05 , et de préférence x > 1,2 , et encore plus préférentiellement x > 1,3 , et de manière la plus préférée x > 1,4. Dans un autre mode de réalisation, qui peut être combiné avec le précédent, PG> y PL, où y > 1,05.The pressure P G can also be of the order of 2 to 8 bars, and it is preferably between 4 bar and 7 bar. In an advantageous embodiment, P G > x P P. Preferably, x > 1.05, and preferably x > 1.2, and even more preferably x > 1.3, and most preferably x > 1.4. In another embodiment, which can be combined with the previous one, P G > y P L , where y > 1.05.
Cette méthode permet de couler des pièces complexes et/ou de grande taille en magnésium et alliages de magnésium, tout en bénéficiant des avantages du refroidissemement localisé pour les endroits qui nécessitent un contrôle particulier de la microstructure de solidification. Cela permet de tirer un avantage maximal des possibilités intrinsèques d’un alliage donné.This method makes it possible to cast complex and/or large parts in magnesium and magnesium alloys, while benefiting from the advantages of localized cooling for locations that require particular control of the solidification microstructure. This makes it possible to take maximum advantage of the intrinsic possibilities of a given alloy.
Ledit noyau peut être un doigt de refroissement, et dans ce cas de manière avantageuse il présente une forme rectiligne. Si le noyau est épais, il peut être avantageux de prévoir un conduit de forme hélicoïdale qui longe au moins une partie de la paroi au-dessous de sa surface externe ; cela permet une meilleure homogénéité thermique de la surface externe du noyau. De tels noyaux épais présentant un conduit de forme hélicoïdale sont connus en tant que tels de la fonderie d’aluminium ; ils sont fabriqués en deux ou plusieurs pièces (dont une avec usinage d’un canal hélicoïdal ouvert) et assemblés par la suite.Said core can be a cooling finger, and in this case advantageously it has a rectilinear shape. If the core is thick, it may be advantageous to provide a helical-shaped conduit which runs along at least part of the wall below its external surface; this allows better thermal homogeneity of the external surface of the core. Such thick cores having a helical shaped conduit are known as such from aluminum foundries; they are manufactured in two or more pieces (one with machining of an open helical channel) and subsequently assembled.
Ledit noyau peut être en contact direct avec le métal liquide.
Said core can be in direct contact with the liquid metal.
Claims (10)
ledit procédé étant caractérisé en ce que :
- ledit moule comporte au moins une zone refroidie par un conduit dans lequel est injecté une quantité de liquide qui s’évapore en contact avec la paroi chaude dudit conduit ;
- au moins une fois au cours de l’étape (ii) on injecte, avec une pression PL, une quantité de liquide dans ledit conduit, de manière à ce que ledit liquide puisse s’évaporer au moins en partie, pour refroidir localement la paroi du moule ;
- après l’étape (iii) et avant l’étape (i) du cycle suivant, dans une étape appelée « épreuve de pression », on injecte dans le même conduit une quantité de gaz, avec une pression PG, et on vérifie la présence d’une fuite dans ledit conduit ;
sachant que ledit gaz est un gaz inert par rapport audit métal liquide.Process for molding parts made of magnesium or magnesium alloy in a permanent metal mold, into which, successively and cyclically, (i) a quantity of liquid metal is injected, which may be liquid magnesium or a liquid magnesium alloy, in a permanent mold, (ii) said liquid metal is allowed to solidify to obtain a part made of magnesium or magnesium alloy, (iii) and said part is removed,
said process being characterized in that:
- said mold comprises at least one zone cooled by a conduit into which a quantity of liquid is injected which evaporates in contact with the hot wall of said conduit;
- at least once during step (ii) a quantity of liquid is injected, with a pressure P L , into said conduit, so that said liquid can evaporate at least in part, to cool locally the wall of the mold;
- after step (iii) and before step (i) of the following cycle, in a step called "pressure test", a quantity of gas is injected into the same conduit, with a pressure P G , and we check the presence of a leak in said conduit;
knowing that said gas is an inert gas with respect to said liquid metal.
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- 2022-03-28 FR FR2202729A patent/FR3133774A1/en active Pending
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