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Presque sans exception, il existe un thème commun lorsque l'on parle des problèmes perçus dans l'utilisation des fusions métalliques : la préoccupation que les fusions puissent contenir une forme de porosité qui pourrait rendre le composant inadapté à l'application prévue. Bien que les progrès technologiques, tels que les simulations informatiques de la solidification des fusions, aient fourni des outils pour minimiser la porosité des moulages, une certaine porosité peut encore exister même dans les fusions conçues avec le plus grand soin, qu'il s'agisse de microfusions, de fusions sur sable ou de moulages sous pression. Il est largement accepté que, selon l'emplacement de la porosité dans le moulage, certains niveaux de porosité soient en réalité standard dans de nombreuses applications commerciales, tandis que dans d'autres applications, où la résistance finale du moulage est essentielle, il est nécessaire d'obtenir une porosité nulle.
La porosité est souvent utilisée pour décrire tout vide, trou ou discontinuité présent dans une fusion. Cependant, la morphologie des pores, en termes de taille, de forme, de constituants de surface, de position et de fréquence, est essentielle pour définir le défaut spécifique, en déterminer la cause et analyser dans quelle mesure cela influencera négativement les propriétés ou la fonctionnalité du moulage. Dans cet article, les types courants de porosité dans les fusions seront discutés, comment les identifier, les minimiser et les gérer lorsque des moulages à porosité nulle sont requis.
Il est courant que de nombreuses fonderies produisent des
fusions avec porosité. Cependant, il n'est jamais acceptable d'accepter simplement que la porosité soit présente de manière permanente, car la méthodologie correcte de la fonderie est TOUJOURS d'appliquer les techniques appropriées pour la réduire ou l'éliminer. Certes, nous ne devons jamais nous contenter d'une intégrité du produit inférieure à l'optimale ; cependant, le point le plus important à souligner est que la présence d'une certaine quantité de porosité ne signifie pas nécessairement que le produit coulé ne soit pas acceptable pour l'application prévue. En effet, il est souvent que la conception même de la fusion soit un facteur déterminant dans la formation de la porosité et, aussi souvent, celle-ci n'aura pratiquement aucun impact sur la fonctionnalité du produit.
Naturellement, il existe également de nombreuses situations où toute porosité dans une fusion ne peut être tolérée, elle doit donc être détectée et éliminée, avec une fusion certifiée à 100 % sans défauts en termes d'intégrité.
Le métal fondu présente généralement des vides en raison de la porosité par retrait, de la porosité par bulles de gaz (ou pression de retour, comme on l'appelle parfois) ou d'inclusions de corps étrangers comme des scories non métalliques, de la poussière ou des fragments de réfractaire. Chacune de ces causes est discutée en détail ci-dessous.
Étant donné que le métal liquide (fondu) a un volume plus grand que le même poids de métal sous forme solide, et que le processus de fusion implique le remplissage d'un moule avec ce métal fondu, il est nécessaire de prévoir une compensation pour que le métal soit alimenté dans le moulage pendant qu'il se solidifie et se rétracte. Cela se fait par l'insertion de canaux de coulée autour de la fusion, généralement dans les sections les plus épaisses du moulage, car celles-ci seront les dernières à se solidifier ; donc, l'alimentation du métal fondu vers les sections plus fines se fait en premier.
Avec les améliorations dans les simulations informatiques, la fonderie peut minimiser la plupart des cas de retrait en travaillant avec le client sur la meilleure conception pour le composant, ce qui permet d'appliquer le meilleur flux d'alimentation du moulage. Cependant, il existe des situations où une fusion présente tellement de sections épaisses adjacentes entre elles qu'il est impossible de placer les canaux de coulée dans chaque section lourde. Souvent, il y aura de petites poches de retrait dans une fusion qui ne peuvent pas être éliminées et, par conséquent, il existe différents niveaux de critères d'acceptation en fonction des besoins spécifiques de la fusion.
Les discontinuïtés dues au retrait grossier dans une fusion sont presque toujours considérées comme nuisibles, mais les défauts évidents doivent être minimisés et, dans la plupart des cas, éliminés par des modifications de conception, combinées aux positions les plus efficaces pour l'alimentation du flux de métal.
Certaines alliages produites par NIC ont la capacité de dissoudre de grands volumes de gaz tels que l'azote, l'oxygène ou l'hydrogène lorsqu'elles sont sous forme fondue. Cependant, ces alliages ne retiennent souvent pas ces gaz dans leur état solide. En conséquence, pendant le processus de fusion, ces gaz sortent de la solution et forment de petites bulles ou poches de bulles pendant que le moulage se solidifie, les emprisonnant dans la matrice.
Ces vides apparaissent généralement sous forme de petits trous ronds et se trouvent presque toujours dans la section la plus lourde ou épaisse du moulage. Cette condition est contrôlée par l'utilisation d'agents de dégazage ajoutés au métal. Ceux-ci réagissent avec les gaz dissous en formant des scories solides qui peuvent être éliminées ou filtrées du métal fondu avant la coulée.
Les inclusions sont généralement le défaut de fusion le plus facile à comprendre. Il s'agit simplement de petits fragments de matériau non métallique qui pénètrent dans le moulage. Ceux-ci peuvent être de petites particules de réfractaire provenant du four ou du grappin de coulée, des fragments de coque céramique provenant du moule lui-même, ou même de petits morceaux de scories formés par les agents de dégazage. Du point de vue de la fonderie, de bonnes pratiques, des moules propres et l'utilisation de filtres céramiques réduisent au minimum les inclusions non métalliques, mais il n'existe aucun moyen d'empêcher complètement que de petits fragments soient transportés dans le flux de métal et dans le moulage.
Bien que les trois catégories de défauts de porosité puissent sembler nuisibles à l'intégrité interne de la fusion, il est en fait que les petits vides typiques associés aux fusions peuvent avoir un impact variable sur la fonctionnalité, allant de l'absence de dommages à être extrêmement nuisible si les vides se trouvent dans des zones de forte sollicitation du moulage.
Les contrôles de processus pour garantir qu'une fusion soit la plus exempte possible de ces différentes formes de porosité sont bien compris par les fonderies expérimentées. L'utilisation de logiciels de prédiction de solidification, l'utilisation d'agents de dégazage appropriés pour l'alliage fondu et l'utilisation de filtres métalliques ne sont que quelques-uns des outils disponibles.
Avec de bonnes pratiques de fonderie, la porosité dans une fusion peut être réduite à un niveau acceptable. Cependant, il est toujours important de garder à l'esprit que la porosité dans les fusions ne peut presque jamais être complètement éliminée en raison de la nature du processus qui implique le flux de métal fondu à haute température et chimiquement actif dans le moule.
Le Hot Isostatic Pressing (HIP) est un processus de fabrication qui utilise une température élevée et une pression isostatique pour densifier des matériaux tels que des métaux, des céramiques et des composites. Ce processus améliore considérablement les propriétés des matériaux en réduisant la porosité et en augmentant la densité.
L'impregnation est une autre méthode couramment utilisée pour éliminer la porosité dans les composants coulés. Elle est également appelée scellage de la porosité ou scellage des métaux poreux.
Chez Edr Fittings Srl, nous sommes des experts dans le monde de la fusion. Nous pouvons collaborer avec vous pour conseiller sur les risques potentiels et l'impact de la porosité sur votre application spécifique, ainsi que sur les aspects économiques de la production si votre conception nécessite une porosité minimale ou nulle.