Le moulage sous pression est un procédé de formage des métaux qui crée des pièces précises et détaillées en injectant du métal en fusion dans des moules réutilisables.
Il offre une excellente précision dimensionnelle, des surfaces lisses et des formes complexes qui seraient difficiles à réaliser avec d'autres techniques.
Le moulage sous pression commence par la préparation d'un moule en acier appelé matrice. Ce moule est composé de deux moitiés qui s'assemblent pour former une cavité ayant la forme de la pièce finale.
Lorsque le processus commence, la matrice est serrée avec une force énorme.
Le métal en fusion est ensuite injecté dans la matrice à haute pression. Il remplit très rapidement tous les espaces de la cavité, ce qui permet de créer des pièces détaillées aux parois fines.
Une fois le métal solidifié, la matrice s'ouvre et la pièce est éjectée. Le processus peut se répéter rapidement, permettant de fabriquer des centaines de pièces identiques par heure.
Qu'est-ce que la porosité du moulage sous pression
La nature à grande vitesse du moulage sous pression rend une certaine porosité presque inévitable.
La porosité désigne les trous, les vides ou les poches d'air qui se forment à l'intérieur ou à la surface d'une pièce moulée sous pression. Ces défauts vont de minuscules pores microscopiques (micropores) à de plus grands vides visibles.
Parfois, on le trouve sous forme de petites empreintes sur la surface ou on le découvre en interne lors des tests.
Imaginez la porosité comme des espaces indésirables dans un métal censé être solide. Ces vides peuvent apparaître selon différents schémas :
- Porosité de surface: Visible à l'extérieur des pièces
- Porosité interne:Caché dans la structure de la pièce
- Porosité du gaz: Formé par des gaz piégés
- Porosité de retrait:Créé lorsque le métal refroidit et se contracte
La porosité est courante en moulage sous pression. La plupart des fabricants acceptent un certain niveau de porosité interne, mais une porosité excessive ou superficielle peut rendre les pièces inutilisables.
Causes de la porosité dans le moulage sous pression
Plusieurs facteurs contribuent à la porosité dans la coulée sous pression. Le principal responsable est l'air ou le gaz emprisonné lors de l'injection du métal. Lorsque le métal en fusion pénètre dans la matrice à grande vitesse, il peut emprisonner de l'air qui ne peut s'échapper.
Un mauvais contrôle de la température entraîne également de la porosité. Si la température de coulée est inégale, le métal se solidifie à des vitesses variables, créant des vides.
D'autres causes courantes incluent :
- Ventilation inadéquate dans la conception de la matrice
- Trop de lubrifiant sur les surfaces des matrices
- Systèmes de distribution ou de distribution inappropriés
- Vitesse d'injection de métal incorrecte
- Écoulement turbulent du métal pendant le remplissage
Comment éviter de créer trop de porosité
Considérations de conception
Commencez par une conception de matrice favorisant un écoulement fluide du métal. Évitez les angles vifs et les variations d'épaisseur soudaines qui peuvent emprisonner de l'air ou provoquer des turbulences.
Inclure des puits de débordement et des évents de taille appropriée dans votre conception de moulesCes caractéristiques permettent aux gaz de s'échapper pendant le processus de coulée, réduisant ainsi les bulles d'air emprisonnées.
Envisagez d'intégrer une assistance par vide à votre système de moulage sous pression. Cela permet d'éliminer l'air de la cavité du moule avant l'entrée du métal en fusion, réduisant ainsi considérablement la porosité du gaz.
Assurez-vous que votre système de distribution dirige le flux de métal de manière à pousser les gaz vers les évents plutôt que de les piéger.
Sélection des matériaux
Choisir alliages d'aluminium avec des propriétés d'absorption de gaz plus faibles lorsque cela est possible. Certains alliages résistent naturellement à l'absorption d'hydrogène, réduisant ainsi le risque de porosité des gaz.
Assurez-vous que votre métal est correctement dégazé avant la coulée.
Pensez à stocker les matériaux dans des environnements contrôlés pour éviter l'absorption d'humidité. L'humidité peut introduire de l'hydrogène dans vos alliages lors de la fusion.
Vous pouvez également utiliser des traitements au flux qui aident à éliminer les impuretés susceptibles de provoquer la porosité. Un métal propre produit des pièces moulées plus propres, avec moins de défauts.
Contrôle des paramètres du processus
Réglez la température adéquate pour votre métal et votre matrice. Trop chaud, les gaz se dilatent ; trop froid, le métal se solidifie avant que les gaz ne s'échappent.
Maintenir une pression de maintien constante pendant la solidification permet d'éviter la porosité due au retrait en forçant le métal à pénétrer dans les zones susceptibles de former des vides.
Soyez attentif aux temps de cycle et aux vitesses de refroidissement. Le refroidissement permet aux gaz de s'échapper avant la solidification complète du métal.
Détection et mesure de la porosité
Plusieurs méthodes existent pour détecter ces vides cachés, allant de simples inspections visuelles à des technologies d’imagerie avancées.
Méthodes d'essais non destructifs
L'inspection par rayons X est l'une des méthodes les plus courantes pour détecter la porosité sans endommager les pièces. Cette méthode crée des images qui montrent les vides internes sous forme de points plus foncés sur le fond métallique.
Vous pouvez rapidement numériser plusieurs pièces et identifier les problèmes sans rien ouvrir.
La tomodensitométrie (TDM) offre une vue 3D plus détaillée des structures internes. Cette technique avancée permet de visualiser précisément les zones poreuses de la pièce et d'en mesurer le volume avec précision.
La tomodensitométrie est particulièrement utile pour les pièces complexes où l’emplacement de la porosité est important.
Les contrôles par ultrasons utilisent des ondes sonores pour détecter les discontinuités à l'intérieur des pièces métalliques. Lorsque les ondes sonores atteignent un vide, elles sont réfléchies différemment.
Cette méthode fonctionne bien pour trouver des groupes de porosité plus grands.
Évaluation quantitative de la porosité
Mesurer la porosité permet de déterminer si une pièce répond aux normes de qualité. La méthode d'Archimède compare le poids d'une pièce dans l'air et dans un liquide pour calculer les différences de densité dues aux vides internes.
Cette approche simple vous donne un pourcentage de porosité global.
La métallographie consiste à découper un échantillon, à polir sa surface et à l'examiner au microscope. On peut ainsi mesurer la taille et la répartition des pores sur la surface découpée.
Cette méthode fournit des informations détaillées sur des zones spécifiques mais nécessite la destruction de l’échantillon.
Un logiciel d'analyse d'images permet de quantifier la porosité à partir de données radiographiques ou tomodensitométriques. Il calcule automatiquement les pourcentages, les tailles et la répartition des vides.
Résoudre les problèmes de porosité
Assainissement des moulages poreux
Inspectez vos pièces moulées sous un grossissement de 5 à 10x pour identifier correctement les problèmes de porosité. Cela vous permet de déterminer s'il s'agit d'une porosité gazeuse (bulles arrondies) ou d'une porosité de retrait (cavités irrégulières).
Pour les problèmes mineurs de porosité, l'imprégnation est efficace. Ce procédé comble les vides avec un produit d'étanchéité, rendant les pièces étanches à la pression. Il est couramment utilisé pour les pièces devant contenir des fluides ou des gaz.
Des opérations secondaires comme le pressage isostatique à chaud (CIC) peuvent traiter la porosité interne. Ce procédé utilise une pression et une température élevées pour comprimer et éliminer les vides internes.
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Questions fréquemment posées
Quels sont les types de porosité courants trouvés dans les métaux coulés ?
Les pièces moulées sous pression présentent généralement trois principaux types de problèmes de porosité. La porosité gazeuse se produit lorsque des gaz sont piégés dans le métal lors de la solidification, créant de petits vides arrondis.
La porosité de retrait se forme lorsque le métal refroidit de manière inégale, créant des vides de forme irrégulière dans les sections plus épaisses à mesure que le métal se contracte.
La porosité interdendritique apparaît entre les structures dendrites lorsque le métal cristallise, souvent dans des zones où les taux de refroidissement sont plus lents.
Quels sont les niveaux de porosité standard ASTM E505 pour la coulée ?
La norme ASTM E505 utilise des radiographies de référence pour classer les niveaux de porosité sur une échelle de 1 à 7. Le niveau 1 indique une porosité minimale tandis que le niveau 7 indique une porosité sévère.