Les inclusions de sable sont des fragments de sable de moule ou de noyau piégés dans la pièce coulée, presque toujours à la surface ou juste sous celle-ci, et ils y arrivent de deux manières : le sable était déjà libre dans la cavité lorsque le moule a été fermé, ou le métal l’a arraché du moule ou du noyau pendant le remplissage. Lequel des deux s’est produit détermine qui, à la fonderie, doit changer quelque chose — le sol de moulage, le laboratoire de sable ou le concepteur du système de coulée. Ainsi, lorsqu’un lot revient avec des poches de sable, la question utile n’est pas de savoir s’il s’agissait de sable, mais d’où venait le sable.
Qu’est-ce qu’une inclusion de sable dans la coulée
Une inclusion de sable est un morceau de sable de moule ou de noyau incorporé dans le métal, classé dans l’Atlas international des défauts de coulée sous le code G 131 et décrit là comme “ généralement très proche de la surface de la pièce coulée ”. Cette dernière phrase est la partie à retenir : le sable ne se disperse pas dans une section comme le fait la porosité gazeuse. Il se trouve là où le métal a gelé autour de lui — sous les faces du châssis supérieur, au sommet des bossages, et dans la première coupe qu’un machiniste effectue.
La classe avec laquelle il est confondu est G 121, inclusions de laitier, de scories et de flux, qui proviennent du métal en fusion et de la poche plutôt que du moule. La distinction n’est pas académique. Le laitier est un problème de pratique de fusion et de coulée ; le sable est un problème de moulage, de contrôle du sable ou de système de coulée, et l’action corrective relève d’un département différent.
Une inclusion de sable a aussi un jumeau à la surface de la pièce coulée, car le sable a dû laisser un trou quelque part. Un érosion à l’attaque de coulée, une plaque rugueuse soulevée là où une peau s’est détachée de la face du moule, une empreinte de noyau écrasée : quel que soit le cas, cela pointe vers la cause, c’est pourquoi nous lisons l’extérieur d’une pièce coulée avant de couper dans l’inclusion.
À quoi ressemblent les inclusions de sable
Sur la pièce coulée, une inclusion de sable est une poche rugueuse, terne et irrégulière à la surface ou juste sous celle-ci, souvent avec des grains de sable encore fusionnés dedans, et elle favorise les faces du châssis supérieur, le sommet des bossages et des brides, et la paroi du moule en aval d’une attaque de coulée. Le sable est plus léger que le métal, donc tout ce que le flux soulève flotte jusqu’à être piégé contre le châssis supérieur ou dans le dernier métal à geler. C’est pourquoi le défaut apparaît sur le dessus de la pièce coulée telle qu’elle est versée, et sur la première coupe d’usinage d’une bride orientée vers le haut.
Les jumeaux de surface ont leurs propres formes. Une érosion est un excès de métal à l’attaque de coulée ou sous la descente de coulée, remplissant le creux que le flux a raviné dans le moule. Une peau est une plaque rugueuse de métal posée sur la surface avec une couche de sable derrière elle, là où une bande de la face du moule s’est soulevée avant que le métal ne la recouvre.
Une chute est une protubérance rugueuse sur la face du châssis supérieur là où un morceau du moule a lâché et est tombé sur le métal ; un noyau soulevé ou écrasé se manifeste comme une protubérance rugueuse là où se trouvait le noyau. À l’intérieur de l’inclusion elle-même, un revêtement brillant ou bleu-gris est l’indice révélateur.
Sur une radiographie, une inclusion est une tache localisée claire ou sombre, et l’ASTM E446 — l’ensemble de radiographies de référence pour les pièces coulées en acier jusqu’à 2 pouces d’épaisseur — la classe sous la catégorie B, “ inclusions de sable et de laitier ”, à des niveaux de gravité de 1 à 5. Lisez ce nom de catégorie littéralement : la radiographie classe l’inclusion, elle ne dit pas si c’est du sable ou du laitier. Les distinguer nécessite le jumeau de surface, ou les débris sous un microscope ou une microsonde, donc un rapport de radiographie qui appelle l’inclusion “ sable ” a fait un jugement que le film ne peut pas soutenir.
Causes des inclusions de sable
Le sable pénètre dans une pièce coulée soit parce qu’il était déjà libre dans la cavité avant la coulée, soit parce que le métal l’a arraché du moule ou du noyau pendant le remplissage, et chaque ligne ci-dessous est l’une de ces deux défaillances.
| Cause | Comment cela crée des inclusions de sable |
|---|---|
| Faible résistance du moule | Les surfaces du moule se brisent ou s’érodent pendant la coulée |
| Mauvaise résistance du noyau | Des morceaux du noyau se détachent et se retrouvent piégés |
| Vitesse élevée du métal | Le métal à écoulement rapide érode la surface du moule |
| Système de coulée turbulent | La turbulence transporte le sable desserré dans la pièce coulée |
| Damage incorrect | Des zones faibles ou inégales du moule se brisent pendant la coulée |
| Température de coulée excessive | Un stress thermique plus important endommage la surface du moule |
| Mauvaise préparation du sable | Une distribution incorrecte de l’humidité, du liant ou des grains réduit la stabilité du moule |
| Dommages lors de la manipulation du moule | Du sable libre reste dans la cavité du moule avant la coulée |
| Mauvaise conception du système de coulée | Le métal impacte directement les surfaces vulnérables du moule |
| Dommages au noyau | Des noyaux brisés ou fissurés libèrent des particules |
| Nettoyage inadéquat du moule | Des particules libres restent dans la cavité |
Lisez les lignes selon le côté de l’usine qu’elles désignent. Faible résistance du moule, mauvaise résistance du noyau, damage incorrect, mauvaise préparation du sable et dommages au noyau sont le côté moule : le sable ne pouvait pas résister au métal qu’un moule sain aurait survécu. Vitesse élevée du métal, système de coulée turbulent, mauvaise conception du système de coulée et température de coulée excessive sont le côté métal : le moule était sain et le métal a été lâché dessus quand même. Dommages lors de la manipulation du moule et nettoyage inadéquat sont de l’entretien — du sable déjà dans la cavité lorsque le châssis supérieur a été posé.
Du côté métal, le nombre qui compte est la distance de chute du métal, pas la vitesse à laquelle la poche se penche. Le travail sur la vitesse critique derrière la conception moderne des systèmes de coulée place le point où un front de remplissage cesse d’être calme à environ 0,5 m/s, et le métal liquide atteint cela après une chute libre de seulement environ 10 mm. Au-dessus, le front éclabousse et replie son propre film de surface, et la quantité de face de moule qu’il ravine ensuite dépend de la résistance du sable sur lequel il atterrit. Un modèle à attaque supérieure avec une descente de coulée haute continue de produire des inclusions, quelle que soit la soin apporté à la coulée, car la géométrie fixe la vitesse.
Deux lignes ne sont pas monotones, et une action corrective qui les traite comme “ moins c’est mieux ” ne tiendra pas. Couler trop lentement laisse la face du moule exposée à la chaleur radiante avant que le métal ne la recouvre ; le sable se dilate, se soulève et forme des peaux, et la peau est aussi une inclusion de sable. Trop rapide érode, trop lent crée des peaux, et la solution est la bonne vitesse à travers un système de coulée qui se remplit calmement. De même, augmenter la résistance à vert guérit l’érosion mais augmente la tendance à la formation de peaux — une face de sable plus rigide ne peut pas soulager sa propre expansion en cédant localement, donc elle se décolle comme une plaque.
Comment prévenir les inclusions de sable
Vous évitez les inclusions de sable en rendant le moule et les noyaux capables de survivre à la coulée, en empêchant le métal de les attaquer, et en gardant le sable meuble hors de la cavité avant sa fermeture — et une action corrective n'est crédible que si elle nomme lequel des trois a échoué et modifie celui-ci.
- Adaptez le système de sable à la taille du moule: Le sable auto-durcissant lié par résine est bien plus résistant que le sable vert, et sur les grandes pièces moulées en fonte — les carters de boîte de vitesses, les contrepoids, tout ce qui se trouve en haut de la gamme de poids — il élimine les lignes de faible résistance et de damage.
- Remplissez par le bas, à travers un filtre: Le remplissage par le bas donne un front calme et un remplissage plus long ; un filtre en céramique dans le canal de coulée élimine la turbulence du flux et retient le sable déjà détaché. Une descente de coulée qui laisse tomber le métal sur la face de la drague est le défaut de système de coulée à rechercher en premier.
- Contrôlez le sable, pas seulement la coulée: Sur sable vert, les variables qui s’avèrent décisives sont la résistance à la compression à vert, la teneur en humidité et la dureté du moule. Une fonderie qui les teste à chaque poste et peut présenter le journal couvre la préparation du sable ; celle qui vérifie au toucher ne le fait pas.
- Manipulez les noyaux et les moules comme des pièces finies: Des noyaux posés à vert ou pas complètement durcis, une empreinte de noyau sans jeu qui fait écraser le noyau à la fermeture, une chape heurtée en descendant — chacun met du sable dans la cavité avant l’arrivée du métal. Le jeu aux empreintes, un ajustement soigné et une cavité soufflée avant la fermeture sont la solution complète.
- Coulez dans la fenêtre: La température de coulée reste dans la plage pour laquelle la nuance a été qualifiée. Un métal plus chaud déforme les noyaux et soulève les croûtes.
Une action corrective crédible nomme le jumeau de surface qu’elle a trouvé — lavure, croûte, chute, noyau cassé, sable libre — le côté de l’usine qu’elle désigne, et le changement mesurable effectué là : une refonte du système de coulée avec la nouvelle vitesse d’entrée, une limite de laboratoire de sable resserrée, une étape de manipulation des noyaux ajoutée. “ Amélioration du contrôle de processus ” ne nomme rien.
Conclusion
Une inclusion de sable est une poche proche de la surface de sable de moule ou de noyau, et elle a toujours une source : du sable libre dans la cavité avant la coulée, un moule ou un noyau trop faible pour le métal rencontré, ou un métal autorisé à frapper le moule trop fort ou de trop haut. Faites correspondre l’inclusion à son jumeau en surface et la cause se réduit à un département. Jugez l’action corrective du fournisseur selon qu’elle nomme ce département et y change quelque chose de mesurable.