CH629126A5 - Composition pour moules et noyaux en fonderie liee par des silicates. - Google Patents
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Description
La présente invention a pour objet une composition pour moules et noyaux en fonderie, liée par un liant à base de silicates.
Il est connu depuis longtemps de préparer des noyaux et moules de fonderie par utilisation d'un mélange ternaire comprenant de 93 à 98 parties en poids d'un sable convenable pour l'industrie de la fonderie, et de 2 à 7 parties en poids d'une solution aqueuse de silicate alcalin.
De telles compositions étaient généralement durcies au moyen de gaz carbonique. On a amélioré ce procédé en faisant appel à différents additifs dans le brevet FR N° 1172636. Enfin, on a cherché à éviter, surtout pour les grosses pièces, l'utilisation du gaz carbonique qui présente certains inconvénients, notamment à haute température.
Ainsi, dans le brevet US N° 3207057, on a proposé d'utiliser un liant comprenant une solution aqueuse d'un silicate de métal alcalin et un additif consistant essentiellement en 3 à 100% d'alumine par rapport au liant.
Mais on sait que l'on exige de nombreuses qualités de ces compositions. En particulier, l'on attend, des noyaux et des moules, de bonnes qualités mécaniques. On désire, de plus, obtenir simultanément un temps de prise plus bref et un temps de vie relativement important.
Par temps de vie, on entend l'intervalle de temps pendant lequel il est possible de stocker le mélange sable 4- silicate + durcisseur, sans que l'on observe une diminution des propriétés mécaniques, à partir du moment où l'on a ajouté le silicate au mélange sable + durcisseur.
Par temps de prise, on entend l'intervalle de temps qui sépare le moment où l'on ajoute le silicate au mélange sable 4- durcisseur du moment où l'on observe plus de modifications sur la surface du sable aggloméré. Pratiquement, le moment de la prise est apprécié simplement en exerçant une pression sur ladite surface.
C'est pourquoi on a récemment proposé, dans la demande française N° 77.13177, au nom de la titulaire, de faire appel à des catalyseurs de durcissement de solutions aqueuses de silicates alcalins à base de carbonates d'alkylène, caractérisés par le fait qu'ils contiennent aussi des esters méthyliques d'acides organiques.
Mais, si de tels durcisseurs, utilisés en combinaison avec du sable et des liants à base de silicate alcalin, conduisent à d'excellents résultats tant en ce qui concerne les propriétés mécaniques que pour les temps de vie et de prise, un problème n'a pas encore de solution entièrement satisfaisante: il s'agit du débourrage. Par débourrage, on entend l'action qui consiste à extraire assez facilement de la pièce métallique le sable situé à l'intérieur des cavités formées par les noyaux.
En effet, le sable aggloméré des moules et des noyaux doit avoir une haute résistance mécanique avant la coulée du métal, et conserver une résistance mécanique à chaud satisfaisante, mais avoir, une fois que le métal est refroidi, une résistance mécanique telle que le sable puisse être facilement enlevé.
Afin de faciliter le débourrage, on a déjà préconisé de faire appel à des matières carbonées et/ou à des adhésifs résineux filmogènes dans le brevet FR N° 2237706, mais il peut se produire un phénomène de recarburation.
Mais maintenant on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, une composition pour moules et noyaux en fonderie comprenant du sable et un liant à base d'un silicate alcalin, et un agent durcisseur, caractérisée par le fait qu'elle contient un agent de débourrage constitué, au moins en partie, par une alumine de granulométrie moyenne inférieure à 40 fi et, de préférence, comprise entre 0,2 et 5 [*.
De plus, les alumines utilisées dans la composition selon l'invention présentent avantageusement une surface spécifique mesurée selon la méthode B.E.T. inférieure à 300 m2/g et de préférence comprise entre 3 et 40 m2/g.
Selon une mise en œuvre particulière de l'invention, on peut faire appel à des alumines A1203,3H20.
De manière pratique, et préférentielle, la composition selon l'invention renferme de 90 à 98 parties en poids de sable, 2 à 10 parties en poids d'une solution de silicate alcalin et de 0,5 à 5% en poids d'alumine, de préférence de 0,8 à 1,7%.
Le silicate présente de préférence un rapport pondéral Si02/Na20 compris entre 2 et 2,7. On peut notamment utiliser comme durcisseur un composé du groupe des carbonates d'alkylène et/ou d'acides organiques, notamment méthyliques, et en particulier des esters méthyliques de mono-acides organiques, éventuellement substitués par d'autres radicaux fonctionnels, tels que le lactate de méthyle; ils peuvent être des esters diméthyliques de diacides organiques, tels que les a, «-diacides aliphatiques ayant trois à dix atomes de carbone, comme par exemple l'acide malonique, l'acide succinique, l'acide glutarique et l'acide adipique.
Les carbonates cycliques d'alcoylènes ont un radical alcoylène ayant de préférence deux à dix atomes de carbone; les carbonates habituellement utilisés sont le carbonate d'éthylène et le carbonate de propylène.
En général, on emploie 4 à 30 parties en poids d'ester méthylique d'acide organique pour 96 à 70 parties en poids de carbonate d'alkylène; occasionnellement, on peut diluer ce mélange par un solvant réglant la réactivité avec le silicate alcalin. Comme tels solvants, on peut utiliser des polyols aliphatiques et de préférence des polyalcoylèneglycols tels que le diéthylèneglycol. Ces solvants peuvent être utilisés par exemple à raison de 2 à 20 parties en poids pour 100 parties en poids du durcisseur carbonate d'alkylène/ester méthylique.
Mais on peut aussi faire appel à d'autres types de durcisseurs tels que gaz carboniques ou laitiers de hauts fourneaux.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
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Les procédés d'obtention d'un moule ou d'un noyau de fonderie utilisés sont conformes à la technique habituelle, comme par exemple décrit dans le brevet US N° 3307046 ou le brevet FR N° 2264608. En particulier, on peut opérer à température ambiante, c'est-à-dire, grosso modo, entre 0 et 30°C.
Dans les exemples suivants, on opère de la manière suivante :
Dans un mélangeur planétaire Kenwood, on introduit, à une température comprise entre 18 et 20°C, les constituants du mélange du moulage dans l'ordre suivant:
— 1 kg de sable,
— 5 g de durcisseur avec un premier malaxage de 1 mm 30,
— 35 g d'une solution aqueuse de silicate de sodium (avec un deuxième malaxage de 45 s). Cette solution de silicate de sodium a une teneur en eau de 55,2% et un extrait net de 44,8%. Le rapport pondéral Si02/Na20 est égal à 2,39, sa densité à 20°C est de 1,525 et sa viscosité de 600 cPo à 20° C.
Le durcisseur est un mélange de 86,25 parties en poids de carbonate de propylène et de 13,75 parties de lactate de méthyle.
Le sable utilisé présente les caractéristiques suivantes: surface spécifique 115 cm2/g; densité apparente 1,5; perte au feu 0,15%. Il contient un minimum de 99,7% de Si02 et un maximum de 0,1 % d'argile avec des traces de carbonate de calcium.
Sa répartition granulométrique est:
— 1 % supérieur à 420 (a
— 26% compris entre 420 et 300 (j.
— 47% compris entre 300 et 210 ^
— 23% compris entre 210 et 150 (j.
— 3 % compris entre 150 et 105 |x.
Dans une première série d'exemples (de 1 à 8), on fait varier les proportions et la nature de l'agent de débourrage, et aussi sa répartition granulométrique. On a apprécié les résultats au moyen de deux tests: la résistance à la compression et la friabilité.
Test de résistance à la compression
Après la préparation du mélange de moulage (sable + durcisseur + silicate) au mélangeur planétaire Kenwood, on confectionne, en 4 min, dans une boîte à noyau, 6 éprouvettes de résistance à la compression. Ces dernières, de diamètre 5 cm et de hauteur 5 cm,
sont stockées à l'abri de l'air, avant de mesurer leur résistance à la compression à des intervalles de temps compris entre 10 min et 1 h. Comme dans les tests précédents, l'origine des temps est fixée au moment de l'introduction du silicate.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Test de friabilité
On porte l'éprouvette à la température indiquée de 500° C, 750° C ou 1000°C pendant 30 min, puis on la soumet à l'action d'une pression et on lui attribue une note comprise entre 0 et 5. La note 0 correspond à une conservation intégrale de la cohésion initiale et la note 5 à la destruction de cette cohésion.
Le tableau I montre que, pour des alumines de trop grande granulométrie (exemples 1 à 5), il est difficile d'obtenir un bon compromis entre les propriétés mécaniques et le débourrage.
Les exemples 6 et 7 illustrent l'influence d'une faible granulométrie, toutes choses égales par ailleurs.
L'exemple 8 montre l'influence de la surface spécifique dans le cas d'une faible granulométrie.
Le tableau II reproduit une série d'exemples selon lesquels on a pris d'autres agents.
On voit donc clairement qu'il est alors impossible d'obtenir un bon dé^ourrage en même temps que des propriétés mécaniques acceptables.
Enfin, dans le tableau III, on a repris les exemples du tableau I, mais en substituant au durcisseur employé un autre durcisseur constitué par:
80% du mélange f — ester adipate de méthyle MD 20- 1 —ester glutarate de méthyle
— ester succhiate de méthyle 20% de diéthylèneglycol
Ces divers exemples montrent donc clairement l'influence de chacun des constituants de la composition de l'invention et de l'effet de synergie de la combinaison.
Mais on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en faisant appel à un autre durcisseur tel que du gaz carbonique ou un laitier de haut fourneau.
Dans les conditions des exemples précédents, en particulier avec le même sable, on met en œuvre un durcisseur constitué par du gaz carbonique, et de l'alumine selon l'exemple 6 (tableau I), le mélange comprend 100 parties en poids de sable et 3,5 parties de silicate.
On note une augmentation des propriétés mécaniques après 10 s de gazage sous 2 kg et 30 s sous 2 kg. Les résultats sont résumés dans les tableaux ci-après:
10 s de gazage sous 2 kg Résistance à la compression avec
0% d'alumine
12 kg/cm2
»
0,5%
»
15
»
»
1,0%
»
18
»
»
1,8%
»
23
»
30 s de gazage sous 2 kg Résistance à la compression avec 0% d'alumine 19 kg/cm2
0,5%
»
22
»
1,0%
»
26
»
1,8%
»
30
»
Friabilité à 1000° C alumine 0% =0 » 0,5% = 0,5 » 1,0% = 2,0 » 1,8% =4
On note également une amélioration des propriétés avec un autre durcisseur de matière minérale constitué par un laitier de haut fourneau de caractéristiques suivantes en poids:
42-46% CaO 32-34% Si02 13-16 A1203 3,5-5 MgO
Indice de basicité: Ca0/Si02 = 1,3 à 1,15.
On opère dans les mêmes conditions que précédemment avec un mélange renfermant:
— pour 100 parties en poids de sable 6 parties de laitier
5 parties de silicate de rapport pondéral égal à 2.
On obtient après 7 h les résultats suivants:
Résistance à la compression 0% d'alumine = 18 kg/cm2
0,5 »
1,0 »
1,8 »
Friabilité à 1000° C
0% d'alumine =
0
0,5 » =
0,5
1,0 »
1,5
1,8 »
3,5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
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Tableau I
Exemples
Désignation
S
Eau cristallisation (%)
Répartition granulométrique
(m2/g)
100
60JA
30 (x
10 (X
5 [i
8 fi.
If*
0,4 (JL
0,1 (X
1
Sans additif
2
A1203 3 H20
5
35
85
45
15
4
2
»
»
»
»
»
»
»
»
3
A1203 3 HzO
5
35
100
96
45
8
4
»
»
»
»
»
»
»
»
4
A1203 3 H20
5
35
100
100
85
30
15
»
»
»
»
»
»
»
»
5
A1203 3 H20
5
35
100
100
95
45
25
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
6
A1203 3 H20
5
35
100
95
50
20
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
7
A1203 3 H20 »
7 »
35
»
100
85 »
28 »
»
8
A1203 3 H20 »
»
»
35 9 14 32
35 35 35 35
Tableau I (suite N° 2)
Exemples
Cristallographie
Agent de débourrage
R/Compression (kg/cm2)
Friabilité à0
C
sable (Vo )
20 min
40 min
24 h
500
750
1000
1
11
20
46
0
0
0
2
Hydrargillite
1,2
16
24
45
0
0,5
0,5
»
3,0
14
35
0
0,5
0,5
3
Hydrargillite
1,2
18
25
44
0
0,5
0,5
»
3,0
10
36
0
0,5
0,5
4
Hydrargillite
1,2
19 .
26
39
0
0,5
0,5
»
3,0
16
40
0,5
1,5
3
5
Hydrargillite
1,2
19
20
41
0
0,5
1
»
3,0
20
38
1,5
5
5
»
1,7
15
22
45
2
3,5
6
Hydrargillite
0,8
19
29
48
1,0
1,0
1,0
»
1,2
18
28
50
1,0
1,5
3,5
»
3,0
17
39
2,5
5
5
»
1,7
14
21
45
4
5
7
Hydrargillite
1,2
16
25
45
1,0
1,5
3,0
»
1,7
17
27
44
»
1,7
19
29
44
8
Hydrargillite
1,2
15
24
46
0,5
1,5
3,0
»
1,2
16
24
50
0,5
2,0
3,5
»
1,2
18
22
44
0,5
3,0
3,0
»
1,2
17
24
25
0,5
3,5
4,0
5
Tableau II
629126
Agent de débourrage
R/Compression (kg/cm2)
Friabilité à ° C
sable (%)
20 min
40 min
24 h
500
850
1000
Si02
0,35
27
25
0
0,5
1,5
»
0,70
31
34
0
0,5
1,0
»
1,0
30
28
0
0,5
1,0
»
1,75
30
28
0
0,5
1,0
»
2,60
32
20
0
0,5
1,0
»
3,5
30
18
0
0,5
2,5
Sulfate d'alumine
1,5
0
0
0
»
3,0
0
0
0
»
0,8
4
1
2
5
5
»
0,3
8
14
26
1
2,5
Tableau III
Désignation
Débourrant sable
R/Compression (kg/cm2)
Friabilité à °C
après 3 d après 4 d
500
750
1000
Sans additif
45
62
0
0
0
A12033H20
2
45
62
0,5
3
5
Alumine séchée flash
2
37
49
0,5
1
3
Claims (10)
1. Composition pour moules et noyaux en fonderie comprenant du sable et un liant à base d'un silicate alcalin, et un agent durcisseur, caractérisé par le fait qu'elle contient un agent de débourrage caractérisée par le fait qu'elle contient un agent de débourrage moyenne inférieure à 40 rx.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle renferme comme agent de débourrage une alumine de surface spécifique comprise entre 3 et 40 m2/g.
2
REVENDICATIONS
3. Composition selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle renferme des alumines A1203,3H20.
4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle renferme en outre:
— de 90 à 98 parties en poids de sable,
— de 2 à 10 parties en poids de silicate alcalin,
— de 0,5 à 5% en poids, de préférence de 0,8 à 1,7% d'alumine.
5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'agent liant est constitué par une solution de silicate alcalin de rapport pondéral Si02/Na20 compris entre 2 et 2,7.
6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'agent durcisseur est constitué par au moins un composé du groupe du carbonate d'alkylène et de matières organiques, notamment méthyliques.
7. Composition selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'agent durcisseur comprend de 4 à 30 parties en poids d'ester méthylique d'acide organique pour 96 à 70 parties en poids de carbonate d'alkylène.
8. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'agent durcisseur est constitué par du gaz carbonique.
9. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'agent durcisseur est constitué par un laitier de haut fourneau.
10. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle renferme comme agent de débourrage une alumine de granulométrie moyenne comprise entre 0,2 et 5 [i.
Applications Claiming Priority (1)
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| FR7738182A FR2411653A1 (fr) | 1977-12-19 | 1977-12-19 | Nouvelles compositions pour moules et noyaux en fonderie liees par des silicates |
Publications (1)
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