1. Classification et caractéristiques des défauts de porosité
1.1. Porosité intrusive (porosité localisée) :
Lors du traitement thermique du métal en fusion, les gaz générés par le moule (ou le noyau) s'infiltrent dans le fer liquide, entraînant une porosité localisée dans certaines zones de la pièce moulée lors du processus de refroidissement. Il convient de souligner que l'interaction entre le métal en fusion et le moule/noyau ne se produit que lors de la coulée, permettant aux gaz produits par le moule/noyau à haute température de s'infiltrer dans le fer liquide. (Réaction physique)
◆Caractéristiques de la porosité d'entrée :
- Se manifeste par une porosité localisée apparaissant dans des régions spécifiques de la pièce coulée.
- La surface des pores est relativement lisse, se présentant sous forme de vides individuels ou en nid d'abeille.
- La couleur des pores est blanche ou peut présenter une couche foncée, parfois recouverte d'une peau oxydée.
- Dans le cas de la fonte à graphite nodulaire/compactée, elle peut dégager une odeur rappelant le carbure. Voir Figure 1.
Porosité de retrait :
- Présente des caractéristiques de retrait et de porosité.
- Reportez-vous à la figure 2.
1.2 Porosité des précipitations (porosité semblable à un tamis) :
Les gaz dissous dans le liquide forment des pores pendant le processus de refroidissement à mesure que leur solubilité diminue. Ces pores ont souvent des formes circulaires, elliptiques ou en forme d’aiguille. Il est essentiel de noter que la formation de gaz dans le fer liquide se produit lors des étapes de fusion et de transformation. À mesure que la température du fer liquide augmente, la solubilité des gaz augmente, ce qui entraîne une augmentation de la teneur en gaz en raison des réactions physiques et chimiques au cours du processus de fusion. (La présence de gaz dans le fer liquide est une conséquence des réactions physiques et chimiques impliquant toutes les substances participant au processus de fusion).
Caractéristiques de la porosité des précipitations :
La caractéristique est qu'il est nombreux, dispersé et relativement uniformément réparti sur la totalité ou une partie significative de la section transversale de la pièce moulée. Voir la figure 3.
1.3 Porosité de la réaction :
Porosité générée par des réactions chimiques entre le métal en fusion et l'interface du moule. Dans ce processus, le fer liquide subit une étape de refroidissement, provoquant la libération et le piégeage des gaz uniquement à la surface de la pièce moulée.
Caractéristiques de la porosité de la réaction :
Ce type de porosité apparaît principalement à la surface de la pièce coulée, à environ 1-3 mm de la surface de la pièce coulée. Il se présente sous la forme d'un motif densément réparti de petits pores étroitement espacés, qui deviennent plus évidents après le traitement thermique et le grenaillage. Généralement, ces pores présentent une forme en forme d’aiguille ou de têtard. On l’appelle également porosité souterraine. Voir la figure 4.
A. Type de laitier d'agent sphéroïdisant**
Caractéristiques des défauts : Des dépressions sphériques apparaissent sur la surface de coulée, contenant des inclusions. Ces dépressions se produisent souvent à proximité du système de portes interne. La microscopie électronique à balayage révèle des surfaces inégales à l'intérieur des pores. L'analyse spectrale du contenu des pores détecte Si, Mg, Al, Ba et O. La présence de Mg, spécifique aux agents sphéroïdisants, indique que les inclusions sont des scories formées grâce à la participation d'agents sphéroïdisants. Les trous d’épingle de gaz CO résultent de la réaction entre le carbone présent dans le fer liquide et les scories.
B. Type de laitier résultant d'un défaut de l'inoculant Caractéristiques : La section transversale présente plusieurs dépressions. La microscopie électronique à balayage et l'analyse spectrale révèlent des surfaces internes inégales dans les dépressions, ainsi que la présence de Si, Ca, Ba et O dans les inclusions. Ba est un élément unique de l'inoculant. Cela indique que l'inoculant résiduel de silicium-fer forme des scories et que la réaction entre le carbone dans le fer liquide et l'oxyde dans les scories conduit à la génération de CO gazeux, provoquant des défauts de piqûre. Cause : Une fusion incomplète de l'inoculant pendant l'écoulement entraîne la formation de scories. Contre-mesures : Utiliser des inoculants secs pour éviter les éclaboussures de liquide ferreux et la porosité des scories pendant l'inoculation.
Défaut C : Défaut de type inclusion de scories et de sable. Aspect : Plusieurs dépressions sur la surface de la pièce moulée près de la carotte. La microscopie électronique à balayage montre la présence de scories et de sable au sein des dépressions. L'analyse spectrale indique la présence de Si, O, Al dans le sable et d'éléments comme Mg, Ce, Mn dans les scories. Cela suggère que le défaut se forme en raison de l’interaction entre l’inoculant et le sable. Solution : Augmentez la section transversale de la carotte et réduisez la vitesse d'écoulement dans la carotte.
D Défaut : Défaut de moule en sable induit par l'humidité. Apparence du défaut : Dépressions sur la surface de la pièce moulée après l'usinage. La microscopie électronique à balayage ne révèle aucun défaut au sein des dépressions. L'analyse spectrale montre que les principaux éléments sont C, O, Si et Fe. Il s'agit d'un défaut dû à la vapeur d'eau générée par l'humidité du moule de type humide. Solution : Réduisez la teneur en humidité du sable de moulage, améliorez la perméabilité du sable de moulage et augmentez la proportion de poudre de charbon dans le sable de moulage. Diminuez la teneur en humidité de la résine dans le processus de fabrication du noyau de la boîte froide.
2.1 Analyse des causes de porosité invasive :
1. Raisons de la porosité invasive :
- Conception déraisonnable du système de coulée, conduisant à un mauvais échappement des gaz ou à la formation de vortex, entraînant des gaz piégés pendant le versement.
- Compacité excessive du moule en sable, réduisant sa perméabilité.
- Évacuation inadéquate des gaz dans le noyau de sable ou blocage des passages d'air.
- Forte teneur en humidité du sable de moulage (noyau). Par temps humide, l'air humide peut être absorbé par le moule/noyau et réagir avec le fer en fusion, entraînant la génération d'une grande quantité de gaz emprisonné dans la cavité du moule.
- Contamination du support du noyau et du fer du noyau par de l'huile.
- Excès de substances volatiles présentes dans le sable de moulage.
- Teneur élevée en azote (N) résineux dans le sable enrobé, conduisant à la décomposition du NH3 et à la formation de gaz N et H.
- Versement irrégulier, remplissage insuffisant, entraînant l'entrée d'une grande quantité de gaz.
- Teneur élevée en argile dans le sable de moulage, mauvaise perméabilité, provoquant des « soufflures » à la surface de la pièce coulée, ce qui est également considéré comme une porosité invasive.
2.2 Analyse des causes de porosité :
1. Une teneur élevée en gaz, une corrosion sévère et un excès de graisse de surface dans la charge du four entraînent une teneur en gaz plus élevée dans le fer en fusion.
2. Séchage insuffisant du moule en fer fondu.
3. Séchage insuffisant de l'alliage.
4. Le silicium et les terres rares contenus dans la charge du four peuvent facilement générer des trous d'hydrogène, tandis que l'aluminium ou l'alumine peuvent générer du gaz.
5. Faible température de coulée, ce qui fait que le gaz généré n'a pas suffisamment de temps pour monter et s'échapper.
6. Versement instable.
7. Une température élevée du sable dépassant 35 degrés ou une température centrale élevée peut entraîner une absorption d'humidité sur la surface de la cavité du moule et une teneur excessive en eau dans la couche superficielle.
8. Porosité de la réaction : Le gaz produit par la réaction chimique entre les éléments chimiques du fer en fusion et le moule/noyau s'infiltre dans le liquide. Les pores du gaz se forment lors du processus de refroidissement, lorsque le gaz n’a pas suffisamment de temps pour être libéré.
9. Teneur résiduelle élevée en magnésium : une teneur excessive en magnésium exacerbe la tendance à l’absorption d’hydrogène du fer fondu. Une teneur résiduelle en magnésium supérieure à 0.05 % dans le fer fondu peut provoquer une porosité gazeuse sous-cutanée. La fonte ductile austénitique à haute teneur en nickel avec une teneur résiduelle en magnésium supérieure à 0,07 % est plus sujette à la porosité gazeuse sous-cutanée.
10. Basse température de coulée.
11. Teneur élevée en soufre dans le fer fondu : lorsque la teneur en soufre dépasse 0,094 %, une porosité gazeuse sous-cutanée se produit, et plus la teneur en soufre est élevée, plus la porosité gazeuse sous-cutanée est grave.
12. Teneur en terres rares : une teneur excessive en terres rares augmente la teneur en oxyde dans le fer fondu, entraînant une augmentation des noyaux de bulles étrangers et de la porosité des gaz sous-cutanés. La teneur résiduelle en terres rares doit être contrôlée dans les limites de 0,043 %.
13. Teneur en aluminium : L’aluminium présent dans le fer en fusion est la principale cause de la porosité de l’hydrogène gazeux dans les pièces moulées. Lorsque la teneur résiduelle en aluminium dans la fonte ductile de type humide est comprise entre 0.03 % et 0,05 %, une porosité gazeuse sous-cutanée se produit.
14. Épaisseur de la paroi du moulage : Les moulages à paroi mince et à section épaisse sont moins sujets à la porosité des gaz sous-cutanés.
15. Teneur en humidité du sable de moulage : avec une augmentation de la teneur en humidité, la tendance de la fonte nodulaire à produire une porosité gazeuse sous-cutanée augmente. Lorsque la teneur en humidité du sable de moulage est contrôlée en dessous de 4,8 %, le taux de porosité des gaz sous-cutanés s'approche de zéro.
De plus, la compacité du sable de moulage et la température de coulée jouent également un rôle.
La vapeur de magnésium s'échappant du fer fondu et le sulfure de magnésium à la surface du fer fondu réagissent avec la vapeur d'eau dans le moule comme suit : Mg + H2O → MgO + 2[H] et MgS + H2O → MgO + H2O. Les gaz d’hydrogène, d’oxyde de magnésium et de sulfure de magnésium générés peuvent potentiellement s’infiltrer dans la pièce moulée à travers la surface du fer en fusion.
3. Méthodes pour prévenir les défauts de porosité :
1. Nettoyez soigneusement la charge du four pour éliminer la teneur excessive en gaz, la corrosion importante et la graisse de surface avant utilisation.
2. Contrôlez strictement la température du fer fondu lorsqu'il est sorti du four et pendant le versement. Évitez les températures de coulée trop basses.
3. Séchez complètement le creuset du four, la louche et le moule en fer fondu. Préchauffer la louche avant utilisation.
4. Préchauffer adéquatement les agents sphéroïdisants et les inoculants pour réduire la quantité de gaz introduite par les terres rares et le ferrosilicium.
5. Concevez correctement le système de coulée pour garantir une ventilation fluide à l'intérieur de la cavité du moule et un débit constant dans la cavité.
6. Assurer une compacité uniforme du sable de moulage, en évitant une étanchéité excessive.
7. Réduisez de manière appropriée la teneur en argile du sable central et augmentez sa perméabilité.
8. Assurez une ventilation adéquate du noyau de sable et scellez les espaces entre les noyaux pour empêcher le fer en fusion de pénétrer et de bloquer les passages d'air.
9. Placez les contremarches ou les évents aux points les plus élevés du moulage. Faites attention à la ventilation lors du coulage de gros moulages.
10. Inclinez légèrement le moulage pour les grands moulages plats, avec les trous d'aération positionnés légèrement plus haut pour faciliter la ventilation.
11. Séchez et nettoyez les chapelets et les refroidisseurs, en vous assurant qu'ils sont exempts de rouille et de contamination par l'huile.
12. Réduisez la teneur en humidité du sable de moulage, créez des fentes d'aération sur les surfaces de séparation et augmentez la quantité de poudre de charbon ajoutée si nécessaire.
13. Réduisez la teneur en liant de manière appropriée. Pour les grosses pièces moulées, ajoutez des matériaux qui augmentent la perméabilité, comme la sciure de bois.
14. Utilisez des grains de sable ronds pour améliorer la perméabilité.
15. Réduire la teneur en magnésium résiduel tout en assurant une bonne nodularisation. Minimisez la teneur en soufre du fer fondu d'origine.
16. Contrôlez la température du sable et versez dès que possible après la fermeture du moule.
17. Utilisez des noyaux de sable séchés et évitez l’absorption d’humidité à l’intérieur du moule. N'utilisez pas de noyaux de sable fortement absorbant l'humidité.
18. Pulvérisez des matériaux carbonés comme de l'huile de lingot sur la surface du moule pour créer une atmosphère réductrice entre le fer fondu et l'interface du moule. Saupoudrer une petite quantité de poudre de spath fluor ou de fluorure de sodium sur l'interface fer fondu-moule peut réduire ou éliminer la porosité sous-cutanée.
19. Augmentez la température de coulée de manière appropriée par temps de pluie.
20. Réduire les inclusions de sulfure de magnésium. Utilisez de la fonte à faible teneur en soufre ou ajoutez une petite quantité de carbonate de sodium pendant le traitement de sphéroïdisation pour la désulfuration. Après la sphéroïdisation, écumer les scories plusieurs fois et les laisser reposer brièvement pour permettre aux scories de MgS de flotter.
21. Contrôlez la température de coulée. Pour les pièces moulées à paroi mince, la température ne doit pas être inférieure à 1 320 degrés ; pour les pièces moulées d'épaisseur de paroi moyenne, elle ne doit pas être inférieure à 1 300 degrés ; pour les composants à paroi épaisse comme les plaques de guidage, il ne doit pas être inférieur à 1 280 degrés. La fonte au silicium-molybdène et la fonte ductile austénitique à haute teneur en nickel nécessitent des températures encore plus élevées.
