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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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

39

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AS10GNon modifié

modifié254287

1.13.6

AS7GNon modifié

modifié263280

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