Fonte injectée en aluminium et zamak. Industrias DOJE S.L.

Cette vidéo de 18 minutes de la BBC, si elle n'est pas de toute jeunesse (1973) vous dit TOUT sur la formation des grains (taille, anisotropie, ...) dans les métaux (alliages d'aluminium et aciers). Elle explicite l'impact du process de transformation (cold rolling, fonderie, ...) et des traitements thermiques sur la microstructure et l'influence des grains sur les caractéristiques mécaniques des pièces. C'est bien fait, très didactique et intéressant et nous sur My Little Blog Fonderie, on a bien aimé le petit coté rétro (l'essai de traction manuel, les parasites et décrochages de la vidéo VHS, ...) et le style très très sérieux de la BBC (bien voui, à la BBC, on fait dans le sérieux Madame). Si vous souhaitez voir une vidéo hilarante, ou si vous être légèrement dépressif, passez votre chemin camarade... Sinon et si la métallurgie vous passionne, c'est pour vous.

Source: My little blog foundarie

Source video: BBC

Le CTIF a mené de nombreuses études d'intérêt collectif sur la fonderie sous pression. L'une d'elles a permis d'explorer de manière approfondie la pression de multiplication qui permet de densifier le métal après le remplissage de l'empreinte et a un effet très bénéfique sur la santé interne en zones minces mais également en zones massives (bossages, ...). De nombreux paramètres impactent l'efficacité de cette phase de compression.

La méthodologie utilisé par CTIF

Un moule de pièce éprouvette (400 x 100 mm x 3,5 mm) a été instrumenté en capteurs de pression d'empreinte KISLER qui ont permis d'enregistrer la transmission de pression dans la pièce tous les 65 mm. Un plan d'essais a été mené avec enregistrement des courbes de pression, enregistrement des courbes d'injection machine (Buhler 630 t) et analyse de la porosité (par méthode de double pesée) dans les différentes zones de pièces (zones minces et zones massives) proches ou éloignées des attaques.

Téléchargez le PDF qui fait la synthèse des résultats

Les paramètres importants

Les paramètres les plus impactant sur la qualité de pièce sont multiples et dépendent tout aussi bien de la conception de la pièce (ou du moule) que des paramètres de production.

Paramètres de production :

• Le niveau de pression de multiplication est majeur (1000 bars plus favorable que 600 bars)
• Le retard avant application de la pression (retard faible de 100 ms plus favorable que retard important type 400 ms). Le retard tolérable est lié à l'épaisseur d'attaque mais également à l'épaisseur de pièce
• Le niveau de pression de compression permet de comprimer les défauts de type soufflures, mais ne les supprime pas comme le montre un test ultérieur de cloquage à chaud (qui les fait réapparaître) La température d'injection du métal plus basse (660°C) est plus favorable qu'une température plus élevée (700°C)
• Une épaisseur de pastille importante (50 mm contre 15 mm) est plus favorable car elle peut ralentir la solidification de la zone d'attaque de la pièce et modifie le point de déclenchement de la phase rapide d'injection (moins d'air entrainée)

Pièce et alliage

• L'épaisseur de l'attaque de coulée. Une faible épaisseur d'attaque (1 mm) entraîne une solidification rapide et l'arrêt de la transmission de la pression de multiplication alors qu'une forte épaisseur est clairement favorable sur la qualité pièce
• Le taux de porosité obtenu avec l'AlSi9Cu3(Fe) est plus faible que celui obtenu avec l'AlSi12, que ce soit en zone massive ou en zone fine
• La transmission de la pression (et le niveau de qualité atteint) diminue lorsque l'on s'éloigne de l'attaque de coulée
• Les zones massives (20 mm) sont beaucoup moins saines que les zones fines (3 mm) car elles cumulent des défauts de soufflure (air emprisonné) et défauts de retassure (contraction volumique à la solidification)
• La pression de multiplication ne permet pas d'atteindre une santé équivalente en zone massive identique à celle des zones fines.

Source : CTIF

Alors que les alliages d'aluminium en fonderie sous pression ne peuvent normalement pas faire l'objet d'un traitement thermique (cloquage à chaud), le CSIRO (Centre Australien de Recherche) a mené des travaux de R&D sur le traitement thermique à basse température et courte durée sur un alliage bas fer de type A360 (Al-9Si-0.7Fe-0.6Mg-0.3Cu-0.2Zn-0.1Mn) et un alliage conventionnel de seconde fusion A380 (type AlSi9Cu3Fe). Les résultats mettent en évidence qu'un traitement non-isotherme de 15 min. à 480°C-525°C permet d'améliorer les propriétés mécaniques en statique (Rp0.2 passant de 162 MPa à 302 MPa après TTH) en réduisant considérablement les cloques après traitement thermique.

Les résultats du projet de R&D

Le CSIRO a développé des traitements thermiques à basse température et de courte durée. Ainsi au lieu d'avoir de traitement de 6-12 heures à 540°C (avec des alliages de type A356 et A357 - AlSi7Mg0.3 ou 0.6), ce nouveau process nécessite des temps de 10-15 minutes à 430-480°C.

Les éprouvettes ont été réalisées sur une machine Toshiba de 250 tonnes avec 3 éprouvettes par grappe; 2 éprouvettes cylindriques (diamètre 5.55 mm X 100 mm de long) et une éprouvette plate (Ep 3 mm x 70 x 14 mm). Les caractéristiques mécaniques ont été mesurées sur éprouvettes brutes de coulées et après traitement thermique dans différentes conditions.

Les températures de traitement traditionnelles (545°C) amènent de nombreuses cloques et des variations dimensionnelles importantes des pièces (pouvant nécessiter une opération de redressage) alors que des températures plus réduites alliées à des courtes durée sont nettement plus favorables.

• 545°C - durée de 16 h et durée de 0.25 h De très nombreuses cloques
• 535°C - durée de 0.25 h (15 min) Cloques peu nombreuses
• 525°C - durée 0.25 h Quelques porosités
• 485°C - 0.25 h Plus de cloques

L'augmentation de la vitesse du métal aux attaques de coulée (de 26 m/s à 82 m/s) augmente encore sensiblement les caractéristiques après TTH (Rp0.2 passant de de 302 à 333 MPa et Rm de 326 à 404 MPa).

Essais sur des pièces industrielles

Des essais de TTH à basse température ont été réalisés sur 6 références commerciales de petites pièces (de 50 à 550 g) avec des épaisseurs de 1.5 à 16 mm (pièces de structure ou non) sur des batchs de 75-100 pièces. Les pièces n'ont pas été triès en radiographie avant TTH et ont montrés un taux de rebut de 1 % seulement en moyenne lié à l'apparition de cloques après TTH. Le facteur le plus impactant pour le TTH était la température maximale atteinte plutôt que la durée de maintien. Pour les pièces les plus fines (sujettes aux cloque), la température de traitement a du être réduite à 440°C. Bien que les conditions de traitement étaient loin d'être isothermes, ces conditions temps/température ont données des caractéristiques satisfaisantes comparables à celles obtenues sur éprouvettes.

Source : CSIRO (Commonweath Scientific and Industrial Research Organization)

Les défauts de type soufflure en fonderie sous pression sont générées par un emprisonnement d'air lors du remplissage ou par la décomposition de produit gras ou d'eau dans le moule par l'alliage liquide. Les soufflures sont des défauts de forme arrondie et sont isolées les unes des autres. Les causes de soufflures sont liées aux paramètres d'injection (V2, L1), ..., au poteyage ou à la conception du système d'alimentation. La peau de pièce est la plupart du temps exempte de porosités de type soufflure et les opérations d'usinage ultérieur révèlent les soufflures sous-cutanées.

Causes de soufflure

• V2 trop rapide (pas assez de temps pour évacuer l'air)
• L1 (course 1er phase) trop courte
• Tirages d'air insuffisants, mal placés ou encrassés
• Trop de poteyage et/ou soufflage insuffisant (eau résiduelle dans le moule)
• Système alimentation mal conçu
• Fuite des circuits d'eau (ou de thermorégulation) dans l'empreinte
• Graissage conteneur trop important
• V1 trop rapide

Remèdes spécifiques :

• Ajouter un système de sous vide (ou un tirage d'air massif)
• Réaliser une simulation numérique du remplissage pour optimiser l'évacuation de l'air
• Nettoyer le plan de joint (encrassé) plus souvent
• Percer un trou dans une zone de tiroir (vers l'arrière du moule) pour faciliter l'évacuation de l'eau
• Utiliser un poteyage "sans eau"

Défectologie

Il peut être nécessaire de tenir compte de l'impact des défauts lors du dimensionnement d'une pièce en fatigue pour réduire le casting factor.

Microtomographie

La micro-tomographie permet d'appréhender finement la localisation et la taille des défauts internes.

Source : CTIF

La revue allemande de fonderie, Giesserei, publiait un essai en 2016 sur l'industrie 4.0 en fonderie avec des machines équipées de capteurs et corrélant la qualité des pièces avec les paramètres de production grâce à un système de type IA (Kognitives System).

Machine de fonderie sous pression du futur

Selon les auteurs, de multiples capteurs équiperont les machines (pression, vitesse, température , ...) mais également le moule (température, arrivée du métal, ...) et les périphériques (poteyage, conteneur, sous vide) et permettront de corréler la qualité des pièces aux paramètres de fabrication grâce à des systèmes dits intelligents et du big data.

Bon, ..., il faudra encore attendre quelques années, mais nous, on y croit.

Source : revue Giesserei