La fusion et le coulage des alliages sont des processus clés dans la production de fonderie. Le contrôle strict de l'ensemble du processus de fusion et de coulée joue un rôle important dans la prévention des défauts de coulée tels que les trous d'épingle, les inclusions, les erreurs de coulée, les fissures, la porosité et le retrait.
Étant donné que l'aluminium fondu a une forte tendance à absorber l'hydrogène, de fortes propriétés oxydantes et dissout facilement le fer, des précautions simples mais prudentes doivent être prises pendant les processus de fusion et de coulée pour produire des pièces moulées de haute-qualité.
1. Refroidissement des matériaux de four en alliage d’aluminium et contrôle qualité
Afin de produire de l'aluminium fondu-de haute qualité, des matières premières qualifiées doivent être sélectionnées en premier. Les matières premières doivent être gérées scientifiquement et correctement traitées ; sinon, la qualité de l’alliage sera sérieusement affectée. Les pratiques de production ont montré que si les matières premières (y compris les matières métalliques et auxiliaires) ne sont pas strictement contrôlées, des lots de pièces moulées peuvent être mis au rebut.
(1) Les matières premières doivent avoir une composition et une structure chimiques qualifiées, avec les exigences spécifiques suivantes :
En plus d'analyser les principaux composants et la teneur en impuretés des lingots d'alliage entrant dans l'usine, des inspections sont également effectuées pour détecter les structures en alliage faible-et les surfaces de fracture. La pratique a prouvé que l'utilisation d'une fonte d'aluminium contenant d'importantes cavités de retrait, des trous d'épingle et des bulles rend difficile l'obtention de pièces moulées denses et peut même entraîner la mise au rebut d'un four entier ou d'un lot de pièces moulées.
Lors de l'étude de l'effet des lingots d'alliage d'aluminium -silicium sur la porosité de l'alliage d'aluminium, il a été constaté qu'aucune porosité n'apparaissait lors de l'utilisation de blocs d'essai constitués de moules coulés en sable pur fondu -. Cependant, après avoir ajouté des lingots d'alliage d'aluminium et de silicium de mauvaise qualité-et de qualité inférieure-, les blocs de test ont montré une porosité importante et des grains grossiers. La raison en est l’effet d’héritage du matériau. Pour les alliages aluminium-silicium, l'effet d'héritage augmente avec la teneur, devenant significatif lorsque la teneur en silicium atteint 7 %. Continuer à augmenter la teneur en silicium de la composition eutectique réduit légèrement l'effet d'hérédité. Pour résoudre les défauts de coulée causés par l’effet d’héritage du matériel de four, il est nécessaire de sélectionner des lingots d’aluminium de haute qualité métallurgique, des alliages intermédiaires et d’autres matériaux de four. Les normes spécifiques sont les suivantes :
1) La surface de fracture ne doit pas présenter de trous d'épingle ou de gaz.
Les trous d'épingle doivent être de niveau trois et localement (pas plus de 25 % de la zone inspectée) ne doivent pas dépasser le niveau de trois. S'il dépasse le niveau trois, une refusion doit être effectuée pour réduire le niveau des piqûres. La méthode de refusion et d’affinage est la même que pour la fusion générale des alliages d’aluminium. La température de coulée ne doit pas dépasser 660 degrés. Pour les lingots d'aluminium ou les lingots d'alliage avec de gros grains d'origine, une température de moule plus basse doit d'abord être utilisée pour les faire solidifier rapidement et affiner les grains.
(2) Manutention des matériaux chargés
Avant utilisation, les matériaux de charge doivent être sablés pour éliminer la rouille, la graisse et autres contaminants de surface. Les lingots d'alliage d'aluminium et les déchets métalliques ayant une surface relativement propre et une durée de stockage courte peuvent ne pas nécessiter de sablage, mais tous les filtres en fer ou composants intégrés mélangés dans la charge doivent être retirés. Tous les matériaux de charge doivent être préchauffés avant d'être placés dans le four pour éliminer l'humidité de surface et réduire le temps de fusion de plus de 3 heures.
(3) Gestion et stockage des matériaux de four
Un stockage et une gestion appropriés des matériaux du four sont importants pour garantir la qualité des alliages. Les matériaux du four doivent être stockés dans des entrepôts avec peu de variations de température et des conditions sèches.
2. Préparation des creusets et des outils de fusion
(1) Pour la coulée d'un alliage d'aluminium, des creusets en fer courants sont utilisés et des creusets en acier moulé ou en plaques d'acier soudées peuvent également être utilisés.
Les creusets neufs et anciens qui n'ont pas été utilisés depuis longtemps doivent être sablés avant utilisation et chauffés à 700-800 degrés, en maintenant cette température pendant 2 à 4 heures pour brûler l'humidité et les substances combustibles adhérant à la paroi intérieure du creuset. Une fois refroidi en dessous de 300 degrés, nettoyez soigneusement la paroi intérieure du creuset et appliquez le revêtement lorsque la température n'est pas inférieure à 200 degrés.
Le creuset doit être préchauffé jusqu'à une couleur rouge foncé (500 à 600 degrés) avant utilisation et maintenu à cette température pendant plus de 2 heures. Pour un nouveau creuset, il est préférable de faire fondre d’abord un lot de matériau recyclé de même qualité avant de fondre le matériau lui-même.
(2) Préparation des outils de fusion
Couvercle cloche, couvercle fracassant, cuillère à mélanger, sac verseur
Avant utilisation, les moules et autres équipements doivent être préchauffés, recouverts d'une couche protectrice à une température de 150 à 200 degrés et soigneusement séchés. La température de séchage doit être comprise entre 200 et 400 degrés, avec un temps de maintien supérieur à 2 heures. Après utilisation, les oxydes et fluorures adhérant à la surface doivent être complètement éliminés (un sablage est recommandé).
3. Contrôle de la température de fusion
Si la température de fusion est trop basse, elle ne favorise pas la dissolution des éléments d'alliage et l'élimination des gaz et des inclusions, augmentant ainsi la tendance à la ségrégation, aux arrêts à froid et aux erreurs de production. Cela peut également entraîner une chaleur insuffisante dans la colonne montante, empêchant une alimentation correcte de la pièce moulée. Selon certaines références, la température de fusion de tous les alliages d'aluminium doit atteindre au moins 705 degrés et une agitation doit être effectuée. D’un autre côté, une température de fusion trop élevée non seulement gaspille de l’énergie mais, plus important encore, conduit à une absorption accrue d’hydrogène, à des grains plus grossiers, à une oxydation plus grave de l’aluminium et à une perte plus importante de certains éléments d’alliage. Par conséquent, les propriétés mécaniques de l'alliage se détériorent, les performances de coulée et d'usinage se détériorent, l'efficacité du traitement thermique est réduite et l'étanchéité aux gaz de la coulée diminue.
La pratique de production a prouvé que chauffer rapidement l'alliage fondu à une température plus élevée et effectuer une agitation appropriée aide à dissoudre tous les éléments d'alliage (en particulier les éléments métalliques réfractaires). Après avoir éliminé les scories flottantes, l'abaissement de la température jusqu'au point de coulée minimise la ségrégation, réduit l'hydrogène dissous et permet d'obtenir un alliage uniforme et dense doté de propriétés mécaniques élevées. Étant donné que la température de l'aluminium fondu est difficile à évaluer à l'œil nu, quel que soit le type de four de fusion utilisé, la température doit être contrôlée à l'aide d'un instrument de mesure. Les instruments de mesure doivent être régulièrement calibrés et entretenus. Les manchons des thermocouples doivent être périodiquement nettoyés avec une brosse métallique et recouverts d'une peinture protectrice pour garantir des mesures de température précises et une longue durée de vie.
4. Contrôle du temps de fusion
Pour réduire l'oxydation de l'aluminium fondu, l'absorption des gaz et la dissolution du fer, le temps de séjour de l'aluminium fondu dans le four doit être minimisé et la fusion doit être effectuée rapidement. Du début de la fusion à la fin de la coulée, la durée ne doit pas dépasser 4 heures pour le moulage en sable, 6 heures pour le moulage dans des moules métalliques et 8 heures pour le moulage sous pression.
Pour accélérer le processus de fusion, des débris de taille moyenne-avec un point de fusion plus bas et des alliages intermédiaires d'aluminium-silicium doivent être ajoutés en premier, afin qu'un bain de fusion se forme rapidement au fond du creuset. Ensuite, de plus gros morceaux de ferraille et des lingots d’aluminium pur sont ajoutés, leur permettant de s’immerger progressivement dans le bassin de fusion en expansion et de fondre rapidement. Une fois la partie principale de la charge fondue, une petite quantité d'alliages intermédiaires à point de fusion plus élevé - est ajoutée, et la température est augmentée et agitée pour accélérer la fusion. Enfin, la température est abaissée et des éléments d'alliage facilement oxydables sont pressés pour minimiser les pertes.
5. Transfert et versement de la fonte
Bien que la densité de l'alumine solide soit approximativement égale à celle de l'aluminium fondu, une fois qu'elle pénètre dans l'aluminium fondu, elle met un temps suffisamment long à se déposer au fond du creuset. En revanche, le film d'alumine formé à la surface de l'aluminium après oxydation a un côté dense en contact avec l'aluminium fondu, tandis que le côté exposé à l'air est lâche et contient de nombreux pores d'un diamètre de 60 à 100 Å. Ce film a une grande surface et de fortes propriétés d'adsorption, ce qui lui permet d'absorber facilement la vapeur d'eau et a même tendance à flotter. Par conséquent, étant donné que la différence de densité entre ce film d'oxyde et l'aluminium fondu est faible, son mélange à la fusion entraîne un affaissement et un flottement très lents, ce qui rend difficile son retrait de la fusion et conduit à la formation de pores et d'inclusions de gaz dans les pièces moulées. Par conséquent, lors du transfert de fontes d'aluminium, il est essentiel de minimiser l'agitation du métal en fusion et de réduire autant que possible l'exposition de la fonte à l'air.
Lors de l'utilisation d'un creuset basculant pour verser du métal en fusion, afin d'éviter de mélanger le métal en fusion avec l'air, la poche doit être placée le plus près possible du bec du four et inclinée de manière à ce que le métal en fusion s'écoule le long de la paroi latérale de la poche, l'empêchant de heurter directement le fond de la poche, ce qui pourrait provoquer une agitation ou des éclaboussures.
L'utilisation d'une méthode de coulée correcte et raisonnable est l'une des conditions importantes pour obtenir des pièces moulées de haute-qualité. La pratique de production montre que prêter attention aux points suivants est très efficace pour prévenir et réduire les défauts de coulée.
(1) Avant de verser, vérifiez soigneusement la température de fusion du four, la capacité de la poche de coulée et la sécheresse de la couche de revêtement sur sa surface, ainsi que si les autres outils sont correctement préparés. Le gobelet verseur en métal doit être placé sur le moule en sable 3 à 5 minutes avant de verser. A ce moment, la température de la louche ne doit pas dépasser 150 degrés. S'il est placé trop tôt ou si la température est trop élevée, une grande quantité de gaz peut s'accumuler dans le canal de coulée, posant un risque d'explosion lors du versement.
(2) Le coulage ne doit pas être effectué dans des endroits présentant des courants d'air, où le métal en fusion pourrait fortement s'oxyder ou brûler, ce qui pourrait provoquer des inclusions d'oxydation et d'autres défauts dans la pièce coulée.
(3) Lors de l'obtention du métal fondu du creuset, retirez d'abord doucement le film d'oxyde ou la couche de flux sur la surface de la masse fondue avec le fond de la poche, puis plongez lentement la poche dans le métal fondu, ramassez la masse fondue avec la large bouche de la poche et soulevez la poche régulièrement.
(4) Lorsque vous transportez la louche, évitez de l'incliner avec votre paume ; marcher régulièrement. La louche ne doit pas être soulevée trop haut et le niveau de métal à l'intérieur doit rester stable et intact.
(5) Juste avant de verser, retirez toutes les scories de la poche pour éviter d'introduire des scories, des films d'oxyde et d'autres impuretés dans le moule pendant la coulée.
(6) Pendant le versement, assurez-vous que le flux de métal en fusion reste stable ; il ne doit pas être interrompu ni dirigé directement vers le bas de la carotte. La carotte doit être remplie de haut en bas et la surface du liquide doit rester stable. Contrôlez la vitesse de coulée de manière appropriée. En règle générale, commencez à verser légèrement plus lentement pour permettre à la masse fondue de se remplir uniformément, puis augmentez légèrement la vitesse et maintenez un taux de versement relativement constant.
(7) Pendant le processus de coulée, maintenez la distance entre le bec de la poche et la carotte aussi proche que possible, ne dépassant pas 50 mm, pour éviter une oxydation excessive du métal en fusion.
(8) Pour une carotte d'injection avec bouchon, le bouchon ne doit pas être retiré trop tôt. Une fois la carotte remplie de métal fondu, retirez progressivement le bouchon en l'inclinant pour éviter la formation de vortex dans les canaux du moule.
(9) Le métal en fusion situé à moins de 60 mm au-dessus du fond du creuset ne doit pas être utilisé pour la coulée.
