traitement de métal liquide
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Un support de cours de fonderie par le Professeur A. BOUAYAD, ENSAM-MéknèsTRANSCRIPT
05/01/2011
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Meknès
Traitement du métal liquide
Meknès
qInoculation & affinage
Cours de Procédés de fonderie (3éme année)(3éme année)
Aboubakr BOUAYAD
MeknèsIntroductionCaractéristiques mécanique d’une pièce moulée dépendent :
Composition et structure de l’alliage, traitements thermique, (facteurs p g q (
métallurgiques)
Compacité et présence ou non d’inclusions non métalliques
On ne peut adapter la composition chimique aux structures et Rm
désirées (raisons électriques, conductibilité, résistance à froid,
corrosion,…)
On ne peut conférer la cinétique de refroidissement à la pièce de
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fonderie qui permettrait d’acquérir les structures et Rm exigées pour le
cdc (raisons éconmiques, technologiques).
Traitement du métal à l’état liquide
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MeknèsTraitement du métal liquide : définitions et caractéristiques
Un traitement qui, sans modifier notablement la composition chimique entraînent un mode decomposition chimique, entraînent un mode de solidification différent
Une modification momentanée de l’état thermodynamique du bain liquide
Si l’alliage est mis en œuvre et solidifié dans un intervalle de temps adéquat celui ci possèdera une
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intervalle de temps adéquat, celui-ci possèdera une structure modifiée
leurs effets sont purement transitoires, il ont une durée de vie.
MeknèsInoculation des fontesUn traitement du métal liquide qui consiste à ajouter en quantité très faible au bain des éléments quien quantité très faible au bain des éléments qui modifient le processus de solidification de la fonte.
ajouter des éléments au métal liquide avant la coulée, pour obtenir des pièces de meilleure qualité ou du moins répondant au cahier des charges. L'inoculation peut avoir les effets suivants sur le métal inoculé :
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inoculé : Augmentation de la germination.Action sur la taille et la répartition du graphite.Diminution de la tendance à la trempeSuppression de la surfusion
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MeknèsMécanisme de l’inoculationle mécanisme le plus probable: p
Fe3C + FeSi (Inoculant) → CSi + 4Fe
Le CSi se décompose par dilution pendant la phase instable : CSi +
Si C
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Fe → FeSi + CG
Création de zones riches en silicium vers lesquelles le fer va diffuser
MeknèsTechniques d’inoculationInoculation en poche
Le produit inoculant doit être introduit dans une fonte assez chaude afin de permettre une dissolution sans formation de crasses.
Après le métal doit être vivement agité et refroidi a une température critique le plus rapidement possible afin
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rapidement possible afin d’éviter la destruction des germes efficaces
Limiter le temps d’attente avant la coulée (entre 4 et 30 min).
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Meknès
Inoculation au mouleL’inoculant est placé dans
Techniques d’inoculation
L inoculant est placé dans un aménagement particulier du système de remplissage du moule. Lors de la coulée, il y a contact du métal liquide avec le produit inoculant àbasse température ce qui
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permet de limiter les pertes par évanescence. Le seul inconvénient de ce système est le risque d’entraînement des résidus vers la pièce.
Meknès
Il faut bien distinguer le pouvoir graphitisant
Inoculation: pouvoir graphitisant, pouvoir inoculant
Il faut bien distinguer le pouvoir graphitisant (Si, Al graphite, Ni, Cu) qui favorise la solidification stable fer-graphite, du pouvoir germinateur (Ca, Sr, Ba, graphite) qui inhibe la surfusion en créant des germes exogènes. Le pouvoir germinateur du silicium est quasiment nul.
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quasiment nul.Ce sont les impuretés de ferro-silicium qui sont responsable des effets de l’inoculation.L’aluminium pur à raison de 0,2%, quel que soit le type de fonte, ne modifie pas le nombre de cellules eutectiques. L’aluminium pur n’est donc pas un inoculant.
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MeknèsStructures de solidification
Cas d’une coulée statique en lingotière :Cas d une coulée statique en lingotière : structure macroscopique : 3 zones
Zone de peauZone basaltiqueZone équiaxe
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Zone basaltique
MeknèsStructures de solidification
Zone de peauG d él é f f i iGrad T élevé : forte surfusion, pouvoir germinateur élevéZone de cristallisation fine
Zone basaltiqueLa surfusion s’abaisse, grad T reste élevé
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La surfusion s abaisse, grad T reste élevé
Zone équiaxeGrad T faibe, surfusion faible, solidification presque à Température homogène
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MeknèsStructure de solidificationCes zones sont rencontrées quand on a une st ct e pa tic liè e appelée dend itiq estructure particulière appelée dendritique≠ solidification des
Eutectiques (voir plus loin)
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MeknèsStructures de solidificationFonderie : toutes ces zones ne sont paszones ne sont pas forcément présentes :
Pièce mince en moule métallique : zone de peau uniquementMétal pur : pas de zone é
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équiaxe : zone basaltique s’étend jusqu’au cœur (a)Structure modifiée : (c)
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MeknèsAlliages d’aluminiums
Notions de métallurgieNotions de métallurgie
Alliages hypoeutectiques (ex : AS7G)
Alliage eutectique (ex : AS13)
Affinage
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g
Modification
Caractéristiques mécaniques
MeknèsLes alliages d’aluminium de fonderie
La famille d’alliagesLa famille d alliagesAluminium-Silicium :
Alliage AS7G : Al 92%, Si 7%, Magnésium < 1%Alliage AS13 : Al 86%, Si 13%, reste< 1%
Al-Cu
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Al CuAl-MgAl-Zn
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Meknès
Diagramme d’équilibre
Les alliages d’aluminium de fonderie
AS13 AS17AS7
AS13Alliage eutectique
15Alliages hypoeutectiques Alliages hypereutectiques
MeknèsMétallurgie des alliages Al-Si
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MeknèsMétallurgie des alliages Al-Si
Structure dendritique
17Eutectique Al-Si
Phase proeutectique α
Meknès
Affinage des alliages d’aluminiumAffinage
But : augmenter le nombre de sites de cristallisation de la
phase proeutectique et d’éviter la croissance colonnaire.
Effet : ↑ Rm et ↑ A% du matériau ainsi que d’améliorer son
état de surface.
Un bon affinant industriel doit avoir les qualités suivantes :
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être insoluble dans la phase liquide
ne pas coalescer
engendrer une température de germination supérieure à la
température de croissance et même celle d’équilibre
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MeknèsAffinage des alliages d’aluminiumAffinage des alliages hypoeutectiques Al-Si
On favorise la germination de la phase a. Dans ces cas, on utilise comme
éléments affinants du titane ou du bore et des germes actifs de TiB2 ou de
TiAl3.
Le traitement est efficace si la teneur initiale du bain liquide est proche de
0,08% de titane et permet d’obtenir une teneur résiduelle en titane de
0,12%.
Affinage des alliages hypereutectiques Al-Si
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g g yp q
C’est le cas des solutions solides en phase proeutectique riche en silicium.
Dans ce cas, l’élément affinant utilisé est le phosphore et les germes actifs
sont des germes de Pal (phosphure d’aluminium).
La teneur en phosphore résiduel doit être inférieure à 150 ppm sinon il y a
formation de phosphates ce qui diminue la résistance à la corrosion.
MeknèsAffinage des alliages hypoeut.
But : diminuer la taille du grain α
d’où Rm, A% et état de surfaces augmentent
Qualités d’un affinant industriel :
Être insoluble dans la phase liquide
Ne pas coalescer
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Ne pas coalescer
Eléments affinants :
Titane (Ti), Bore (B) : TiB2, TiAl3
Alliage mère : AlTi5B
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Meknès
Alliages hypoeutectiques (cas de l’AS7G)
Les alliages d’aluminium de fonderie
Alliages hypoeutectiques (cas de l AS7G)Phase primaire α
21AS7G non affiné AS7G affiné
Meknès
Alliage AS7G
Les alliages d’aluminium de fonderie
Phase eutectique α+β
Aciculaire
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lamellaireFibreuse
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Meknès
Alliage eutectiques : AS13
Les alliages d’aluminium de fonderie
Lamellaire
aciculaire
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Lamellaire
Fibreuse
MeknèsModification de la phase eut.
But : obtenir un eutectique fin et fibreuxq
amélioration de la Rm, A% et usinabilité
Alliage Al-Si pur : structure lamellaire
Présence de Phosphore : structure aciculaire
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Agent modifiant : le sodium (Na), le strontium (Sr) et
l’antimoine (Sb)
Force l’eutectique à se précipiter sous forme fibreuse
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MeknèsDiagramme de Nolting
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MeknèsCaractéristiques mécaniques
Influence de la modification au SodiumInfluence de la modification au Sodium
Alliage Etat Rm (MPa) A (%)
AS13Non modifié
modifié133183
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AS10GNon modifié
modifié254287
1.13.6
AS7GNon modifié
modifié263280
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