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

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

Une pièce de fonderie possède des propriétés mécaniques en statique et dynamique et des propriétés d'usage (tenue à la corrosion, tenue à chaud, ...) qui résultent d'un certain nombre de paramètres liés à la conception (design fonctionnel), au CDC d'approvisionnement et à la fabrication de la pièce (maîtrise des éléments d'alliage, finesse de la microstructure).

Les facteurs importants

Les principaux facteurs qui impactent sur les caractéristiques fonctionelles d'une pièce sont :

• La teneur en éléments d'alliage (fourchette min-max) qui entrent dans la composition chimique de la matière
• La teneur en impuretés (S, P pour les fontes et Fe pour les alliages d'aluminium), en oxydes ou en éléments dits "poison" non désirables dans la composition chimique (fourchette maxi autorisée)
• L'absence de défauts internes (retassures, soufflures) ou externes (criques) dans les parties de pièces sollicitées. On spécifie généralement, dans le CdC pièce, des ZD (Zones Désignées) et des ZND (Zones Non Désignées). L'impact des défauts sur les caractéristiques mécaniques peut être appréhendé finement par la détermination des abattements
• Le tracé de la pièce (et par exemple l'absence de zones de concentration de contraintes ou de zones massives isolées). Le design pièce doit être optimisé en fonction des enjeux et des séries. La simulation numérique du process (remplissage, solidification) en amont permet de faire "bon du premier coup", de raccourcir les délais de mise au point et de fiabiliser la qualité des pièces de production sur leur durée de vie
• Le type de microstructure obtenue. La forme du graphite (lamellaire, sphéroïdale, vermiculaire) ou de la matrice (perlitique, ferritique, austénitique, bainitique) pour les fontes ou la forme du silicium (aciculaire ou lamellaire) ou des composés inter-métalliques (Al-Fe-Si) pour les alliages d'aluminium
• La finesse de la microstructure (résultant de la vitesse de solidification). Pour certaines applications, on spécifie ainsi le SDAS (Secondary Dendritic Arm Spacing) dans certaines zones de pièce pour les alliages d'aluminium et la taille des nodules de graphite pour les fontes Les micro-éléments d'addition en très faibles quantités (quelques ppm versus quelques % pour les éléments d'alliage traditionnels)
• Un traitement thermique ultérieur (trempe/revenu/...) qui modifie la microstructure (transformation de l'austénite en martensite pour les aciers par exemple). Pour les alliages d'aluminium Al-Si, c'est l'addition de magnésium qui permet, lors du traitement thermique, d'augmenter les caractéristiques mécaniques
• Les opérations d'usinage ultérieures qui peuvent soit éliminer la peau de pièce, soit faire déboucher en surface des porosités sous-jacentes ou encore amener des contraintes résiduelles
• Un traitement de surface mécanique: shot peening, CIC (Compression Isostatique à Chaud) qui va éliminer les imperfections de fonderie et doper les caractéristiques d'usage
• Un traitement de surface de conversion chimique (nitruration, anodisation dure) qui va protéger la pièce ou amener un élément de décoration (anodisation de couleur, peinture)

Source : CTIF

Le choix d'un matériau (fonte, aluminium, acier, cuivreux, ...) et du process de fabrication (fonderie, forge, emboutissage, extrusion, ...) dépend en première approche de 4 familles de critères; technique (intrinsèque lié au matériau), économique (coût récurrent et coût non récurrent), technologique (lié au process de transformation ou d'assemblage) et d'éco-conception. Le choix final résulte souvent d'un compromis entre ces différents critères.

Le zinc est un matériau connu depuis très longtemps. Dans l'antiquité, sous le nom d'airain, il était utilisé sous la forme d'un alliage de cuivre-étain-zinc pour réaliser des bracelets. La première application industrielle date de 1814 où le procédé est alors employé à la fabrication des caractères d'imprimerie en alliage de plomb et d'étain. De nombreuses recherches sur les alliages de zinc furent conduites par la New Jersey Zinc Company (Etats-Unis) qui, pendant les années 20, fit particulièrement évoluer les alliages de zinc. Mais l'utilisation industrielle en grandes série des alliages de zinc par transformation en fonderie sous pression à l'échelle industrielle date des années 1960.

Antiquité

Le zinc était connu de l'Antiquité : des bracelets de zinc découverts en Grèce, dans les ruines de Cameros, en apportent le témoignage et permettent d'estimer que leur fabrication se situe vers le Vème siècle avant J.C. Mais, bien avant que la nature métallique du zinc ne soit déterminée, ce métal était présent dans les alliages de cuivre de l'époque appelée l'Age du Bronze qui succéda à l'Age du Cuivre. Ces alliages, dénommés dans la littérature ancienne “ airain ”, étaient vraisemblablement obtenus par réduction simultanée de minerais de cuivre, d'étain et de zinc.