Fissures

Comment résoudre les problèmes de fissures et de coupures à froid dans les produits moulés à la cire perdue ?
Ce guide propose une approche complète, étape par étape, de l'analyse des causes profondes au contrôle et à l'inspection des processus, afin d'éliminer les fissures et les arrêts à froid dans les moulages de précision.

I. Identification et différenciation des défauts
1. Fissures
Apparence :
Défauts linéaires longs et irréguliers ; peuvent pénétrer ou rester à la surface ; les parois internes sont souvent oxydées et sombres.

Déchirures chaudes : Elles se produisent pendant la solidification en raison d'un retrait limité ; elles se produisent souvent aux points chauds ou aux transitions de section.

Fissures à froid : Forme à l'état solide, généralement causée par une contrainte interne ou un choc thermique au cours d'un traitement thermique.

Emplacements typiques :
Points chauds, angles, cols des élévateurs, racines des nervures et sections internes complexes.

2. Fermeture à froid
Apparence :
Lames linéaires gris argenté à la surface ; deux courants métalliques ne fusionnent pas complètement, laissant une interface oxydée.

Emplacements typiques :
Les jonctions d'écoulement, les intersections de parois minces, les extrémités d'injection et les zones éloignées de la carotte.

Différence :
Les fermetures à froid sont généralement peu profondes et continues ; les fissures sont plus profondes et plus rugueuses.

II. Principales causes et contre-mesures pour les fissures
1. Conception de la coulée et système de fermeture
Les causes :

Un gating déséquilibré entraîne d'importants gradients de température et une solidification inégale.

Les points chauds sans chemin d'alimentation créent une concentration de stress.

Contre-mesures :

Optimiser le gating pour un remplissage fluide et directionnel.

Prévoir des colonnes montantes ou des refroidisseurs pour assurer une solidification séquentielle.

Éviter les angles vifs ou les changements brusques d'épaisseur ; utiliser des filets (R ≥ 3 mm).

2. Coquille et mise à feu
Les causes :

Faible résistance de l'enveloppe ou forte dilatation thermique ; une cuisson insuffisante ou excessive entraîne une fragilité.

Une épaisseur inégale de la coquille entraîne un refroidissement inégal et des contraintes.

Contre-mesures :

Utiliser des coques en silice à faible dilatation thermique.

Contrôler la température et le temps de cuisson (typiquement 850-1100 °C).

Veiller à ce que l'épaisseur de la coquille soit uniforme (6 à 10 couches).

Couler pendant que la coquille est chaude pour éviter l'absorption d'humidité et l'accumulation de contraintes.

3. Alliage et fusion
Les causes :

Une mauvaise composition de l'alliage (excès de S, P, Pb) diminue la ductilité à chaud.

L'inclusion de gaz ou de scories provoque une microstructure fragile.

La surchauffe agrandit la taille des grains et augmente la susceptibilité à la déchirure à chaud.

Contre-mesures :

Maintenir la composition et la pureté de l'alliage dans les limites des spécifications.

Assurer une fusion propre - sécher tous les outils, affiner et dégazer.

Contrôle de la température de versement :

Acier inoxydable : 1550-1600 °C

Acier au carbone : 1520-1570 °C

Alliage d'aluminium : 700-740 °C

Température de l'enveloppe : 900-1100 °C (acier), 450-550 °C (aluminium)

4. Refroidissement et obturation
Les causes :

Un refroidissement rapide ou un retrait prématuré de la coquille provoque une contrainte thermique.

L'étroite liaison métal-coquille limite la contraction.

Contre-mesures :

Laisser refroidir progressivement ; prolonger le temps de maintien pour les parties épaisses.

Utiliser du sable ou un four pour le refroidissement.

Évitez de forcer l'enlèvement de la coquille ou d'appliquer de fortes vibrations.

III. Principales causes et contre-mesures des fermetures à froid
1. Température et vitesse de coulée
Les causes :

Température de coulée trop basse ou refroidissement trop rapide du métal.

Une coulée trop lente entraîne une mauvaise fluidité.

Contre-mesures :

Augmenter la température de la coulée et de la coquille de 10 à 20 °C au-dessus de la normale.

Le versement doit être continu, sans interruption.

Optimiser le ratio d'éjection (carotte : coulisseau : ingrédient ≈ 1 : 2 : 2).

2. Vannes et direction du flux
Les causes :

Des courants métalliques opposés se heurtent, créant des turbulences et des couches d'oxyde.

Contre-mesures :

Utiliser des vannes de fond ou des systèmes d'écoulement dans le même sens.

Ajouter des trous d'aération ou des évents de cire à la fin du remplissage.

Vérifier le schéma d'écoulement à l'aide d'une simulation de l'écoulement du moule (IAO).

3. Fluidité du métal
Les causes :

Mauvaise composition de l'alliage, contamination par le gaz/laitier ou temps de maintien excessif.

Contre-mesures :

Dégazer immédiatement avant de verser.

Maintenir une température de fusion uniforme.

Ajouter des éléments améliorant la fluidité (Si, Mg, Ni, en fonction de l'alliage).

IV. Méthodes d'inspection et de vérification
Poste Méthode Objectif
Défauts de surface Ressuage (PT) Détection des microfissures et des lignes de fermeture à froid
Défauts internes Rayons X / CT Évaluer la profondeur et la direction des fissures
Métallographie Microscopie optique Identifier les fissures à chaud/à froid par rapport à la structure fermée à froid
Contrainte résiduelle Jauge de déformation / perçage de trous Localiser les zones de concentration de contraintes

V. Résumé des points clés de la prévention
Remplissage stable, solidification séquentielle et transitions d'épaisseur en douceur.

Fenêtre de contrôle de la température : métal, coquille et environnement.

Réduire les contraintes : faire correspondre l'expansion du métal et de l'enveloppe.

Fusion propre : éviter l'oxydation et les inclusions.

Utiliser l'analyse de l'écoulement du moule pour les composants critiques.

Fermer la boucle du retour d'information : cartographier la localisation des défauts pour améliorer le processus.

VI. Liste de contrôle pour le dépannage rapide sur place
Confirmer le type de défaut - fermeture à froid lisse ou fissure à chaud oxydée.

Examiner les courbes de température et de durée de la coulée/de la coquille.

Vérifier le registre de cuisson de l'obus et les barres d'essai de résistance à chaud.

Vérifier la composition de l'alliage et l'historique de l'affinage.

Inspecter les sections transversales des portillons et le taux de coulée.

Vérifier le refroidissement et la procédure de débouchage.

Pour les défauts récurrents, procéder à une analyse IAO et à une nouvelle conception de l'outillage.

VII. Table de contrôle de référence
Type d'alliage Température de coulée (°C) Température de l'enveloppe (°C) Taux de coulée Problèmes typiques et solutions
Acier au carbone 1520-1570 950-1050 régulier Fissures à chaud : petits filets ; Fermetures à froid : mauvais écoulement
Acier inoxydable 1550-1600 1000-1100 régulier Fissures à chaud : faible Si ; Fermetures à froid : faible température de coulée
Alliage d'aluminium 700-740 450-550 Rapide Fermetures à froid : film d'oxyde ; Fissures : déséquilibre surchauffe/refroidissement
Alliage de cuivre 1080-1150 700-800 Lisse Fermetures à froid : Oxydation Zn ; Fissures : contrainte thermique aux points chauds

VIII. Post-traitement et remédiation
Fissures : Éviter de souder dans les zones critiques. En cas de réparation, appliquer un traitement thermique après soudage pour réduire les tensions.

Fermetures à froid : Les petits défauts de surface peuvent être éliminés par usinage ; rejeter s'ils se trouvent dans des zones porteuses.

La prévention d'abord : mettre en place un système de “cartographie des défauts + traçabilité des processus” en vue d'une amélioration continue.