Les pièces moulées en sable sont inspectées avec six méthodes de contrôle non destructif (CND), et celle à spécifier dépend de l’endroit où se situe le défaut que vous cherchez à prévenir : le contrôle visuel, le ressuage et le contrôle par magnétoscopie détectent ce qui brise la surface ; la radiographie, les ultrasons et la tomographie assistée par ordinateur détectent ce qui est enfoui dans la section. Aucune méthode unique ne couvre tous les défauts, et les qualités de moulage ASTM n’en choisissent pas une pour vous — au-delà d’un contrôle visuel, chaque essai doit être commandé séparément.
Méthodes de contrôle non destructif courantes pour les pièces moulées en sable
Six méthodes couvrent les pièces moulées en sable entre elles : trois qui lisent la surface (VT, PT, MT) et trois qui voient à travers la section (RT, UT, CT).
| Méthode CND | Idéale pour détecter | Matériaux typiques | Limitation principale |
|---|---|---|---|
| Contrôle visuel (VT) | Défauts de surface, désalignement, fissures, finition médiocre | Tous les métaux moulés | Ne peut pas détecter les défauts internes |
| Contrôle par ressuage (PT) | Fissures débouchant en surface et porosité | Aluminium, acier, acier inoxydable, bronze | La surface doit être raisonnablement propre et lisse |
| Contrôle par magnétoscopie (MT) | Fissures de surface et proches de la surface | Aciers et fontes ferromagnétiques | Ne peut pas être utilisé sur l’aluminium ou la plupart des alliages non ferreux |
| Contrôle radiographique (RT) | Porosité, retassures, inclusions, cavités internes | La plupart des alliages de moulage | Coût plus élevé et contrôles de radioprotection |
| Essais par ultrasons (UT) | Fissures internes, inclusions, discontinuités de paroi | Acier, fonte, certaines pièces moulées en aluminium | Les surfaces rugueuses et les gros grains peuvent réduire la précision |
| Tomographie assistée par ordinateur (CT) | Défauts internes 3D détaillés | La plupart des matériaux de moulage | Coût d’équipement élevé |
Contrôle visuel
Le contrôle visuel est la seule inspection que reçoit chaque pièce moulée et la seule incluse dans la qualité ASTM de base. Commandez un corps de vanne en A216 WCB et la spécification exige déjà un contrôle visuel garantissant que la pièce est exempte de sable, de calamine et de fissures ; une fissure est rejetable sous chaque qualité de moulage ASTM sans aucune exigence supplémentaire. Tout ce qui dépasse ce contrôle est facultatif et doit être commandé.
Ce que le VT règle au-delà des fissures, c’est l’état de surface : désalignement au plan de joint, texture de surface, piqûres, croûtes d’expansion du sable, et la façon dont les zones coupées, soudées et usinées ont été ébarbées.
Contrôle par ressuage
Le contrôle par ressuage détecte tout ce qui est ouvert à la surface — fissures, criques à chaud, replis, retassures de surface, porosité atteignant la peau — sur tout métal non poreux, ce qui en fait la méthode de surface pour les alliages que le MT ne peut pas toucher : aciers inoxydables austénitiques tels que CF8 et CF8M. Sur l’acier au carbone et la fonte, il fonctionne aussi, mais le MT est plus rapide et lit légèrement sous la surface, donc le PT sur une qualité magnétique n’est généralement choisi que pour une face usinée finie.
Le “ raisonnablement propre et lisse ” du tableau correspond à deux conditions de poids très différents. La propreté est obligatoire : le pénétrant ne pénétrera pas dans un défaut à travers la calamine, l’huile ou le sable brûlé, donc la zone doit être nue et sèche. La douceur est conditionnelle : une surface brute de moulage est acceptable, et le meulage n’est requis que là où la rugosité retiendrait elle-même le pénétrant et masquerait une indication.
Le PT rapporte la présence, la position et l’étendue approximative d’un défaut, pas sa profondeur, donc une spécification PT est une exigence de qualité de surface, pas une exigence de santé interne.
Contrôle par magnétoscopie
Le contrôle par magnétoscopie est la méthode de surface que nous utilisons sur de l’acier au carbone, l’acier faiblement allié, la fonte grise, la fonte ductile et les qualités d’acier inoxydable martensitiques et duplex — tout ce qui est ferromagnétique — et sur ces alliages, il fait une chose que le PT ne peut pas : il détecte les défauts juste sous la surface ainsi qu’à la surface. Une fissure ou une crique à chaud sous une fine peau de métal brise toujours le chemin de flux et collecte les particules ; le pénétrant ne l’atteint jamais.
La cellule de limitation mentionne l’aluminium, mais l’exclusion qui compte dans une fonderie ferreuse est l’acier inoxydable austénitique. Les CF8, CF8M et les autres qualités austénitiques sont non magnétiques, donc il n’y a pas de flux à fuir et le MT ne donne aucune indication ; ces pièces moulées passent au PT. Les qualités duplex sont ferromagnétiques et acceptent normalement le MT.
Contrôle radiographique
La radiographie est la méthode de santé interne pour les sections jusqu’à quelques pouces : la porosité gazeuse, les retassures et les inclusions de sable ou de laitier apparaissent comme des différences de densité sur le film, et l’ASTM les classe par rapport à des radiographies de référence afin qu’une spécification puisse nommer un niveau de sévérité. Les fissures et les criques à chaud sont planaires, ne se montrent que lorsque le faisceau court approximativement le long de leur plan, et apparaissent dans les radiographies de référence comme une seule illustration non classée chacune — c’est pourquoi le tableau des défauts donne au RT une note complète sur les défauts volumétriques et une note plus faible sur les fissures.
L’ensemble de radiographies de référence est choisi en fonction de l’épaisseur de la section, et la spécification doit le nommer :
| Radiographies de référence | Épaisseur de section |
|---|---|
| ASTM E446 | jusqu’à 2 po (50,8 mm) |
| ASTM E186 | 2 à 4½ po (50,8 à 114 mm) |
| ASTM E280 | 4½ à 12 po (114 à 305 mm) |
L’ASTM E689 étend les trois à la fonte ductile.
Le coût augmente avec l’épaisseur : les sections sous 2 po peuvent être radiographiées avec un tube à rayons X à moyenne tension, tandis que la plage E280 suppose du cobalt-60 ou une machine de 2 MV et plus, des expositions plus longues et un local sous licence — à ce stade, les UT sont généralement la réponse la moins chère.
Contrôle par ultrasons
Les essais par ultrasons sont la méthode interne pour les sections d’acier épaisses et pour tout ce que la radiographie ne peut pas atteindre de manière économique : un faisceau à écho pulsé envoyé dans la pièce coulée renvoie un écho de tout réflecteur — une cavité de retrait, une fissure interne, une inclusion — et de la paroi arrière, et le moment et l’amplitude de cet écho donnent la profondeur et une taille approximative en une seule lecture. La pratique ASTM est A609, et sa portée est plus étroite que le “ acier, fer, certains aluminiums ” du tableau : uniquement les pièces coulées en acier au carbone traité thermiquement, en acier faiblement allié et en acier inoxydable martensitique.
Deux choses la limitent sur les pièces coulées en sable. Une surface brute de coulée disperse le faisceau, donc les zones de balayage sont généralement meulées ou usinées d’abord, c’est pourquoi les UT sont souvent effectués après un usinage grossier plutôt que sur la pièce brute. Et les structures grossières ou contenant du graphite la dispersent en interne : l’acier inoxydable austénitique avec son grain brut de coulée grossier est exclu de l’A609, et la fonte grise est presque impossible à tester pour les défauts.
La fonte grise mérite des chiffres, car “ fer ” dans le tableau cache la différence entre les deux fers que nous coulons. Dans une étude publiée sur la nodularité, la vitesse longitudinale a atteint 5 643 m/s à 90 % de nodularité et 3 948 m/s dans la fonte à graphite lamellaire de la fonte grise; les lamelles réfléchissent et dispersent l’onde, l’atténuation augmente, et un écho de défaut réel disparaît dans le bruit. La fonte ductile à bonne nodularité se comporte presque comme l’acier et peut être scannée pour les défauts.
La chute de vitesse du graphite nodulaire au graphite lamellaire rend également les UT utiles sur de la fonte ductile d’une deuxième manière : une lecture de vitesse sur une pastille usinée vérifie la nodularité sans couper un échantillon, et une spécification peut définir une vitesse d’acceptation/rejet pour cela. C’est un contrôle métallurgique, pas un balayage de défauts A609, et la commande doit préciser lequel elle souhaite.
Tomodensitométrie
La tomodensitométrie donne une carte 3D complète de l’intérieur — chaque pore, cavité et inclusion localisé et dimensionné, sans structures qui se chevauchent à interpréter — et pour une pièce coulée en sable ferreuse de taille moyenne à grande, ce n’est presque jamais le choix pratique, car un tube CT de laboratoire ne traverse que quelques centimètres d’acier. Une étude CT publiée sur les systèmes à micro-foyer a établi le trajet utile dans l’acier à environ 20 mm avec un tube de 200 kV et 30 mm à 320 kV.
Là où la CT justifie son coût sur les travaux ferreux, c’est pour les petites pièces et les premières pièces : une pièce en acier inoxydable moulé à la cire perdue à paroi mince, ou une première pièce suffisamment petite pour être scannée où vous voulez la forme réelle de la cavité plutôt qu’une ombre sur film avant d’engager le modèle.
Quelle méthode de CND devriez-vous utiliser ?
Choisissez selon l’endroit où se trouve le défaut et ce que l’alliage permet. Défauts de surface : MT sur tout grade magnétique, PT sur acier inoxydable austénitique. Santé interne : RT là où la section est sous quelques pouces, UT là où elle est plus épaisse ou où les zones de balayage seront usinées de toute façon. CT uniquement lorsque la pièce est assez petite pour être scannée et que la question vaut une journée de laboratoire.
La seconde moitié de la décision est celle que les dessins sautent le plus souvent : rien de tout cela ne vient avec le grade. Les spécifications d’exigences courantes — A703 pour l’acier sous pression, A781 pour l’acier industriel général, A834 pour le fer — portent chaque essai au-delà du visuel comme une exigence supplémentaire qui s’applique “ uniquement lorsqu’elle est spécifiée individuellement par l’acheteur dans la commande ”. Le guide de commande de la Steel Founders’ Society guide de commande les mappe pour A703 : MT est S4, RT est S5, PT est S6, UT est S7. Laissez-les hors du bon de commande et une pièce coulée entièrement conforme au grade arrive avec un contrôle visuel et rien d’autre.
Nommer une méthode n’est toujours pas une commande complète. Il faut les zones (la paroi sous pression et les faces de bride, pas toute la pièce), la norme de référence avec un niveau de sévérité ou d’acceptation, et l’étape — MT ou PT après traitement thermique détecte les fissures qui s’ouvrent lors de la trempe et qu’un contrôle sur la pièce brute ne peut pas voir, et UT après usinage grossier obtient la surface dont il a besoin.
Méthode de CND vs. défauts typiques des pièces coulées en sable
Les défauts débouchant en surface — fissures, criques à chaud, reprises à froid — sont un travail PT ou MT, et ceux enfouis — porosité gazeuse, retrait, inclusions de sable, fissures internes — sont un travail RT ou UT. Le tableau ci-dessous le marque par défaut pour les cinq méthodes de production : ✓✓ la méthode sur laquelle compter, ✓ une qui trouve le défaut dans des conditions normales, “ Parfois ” une qui dépend de l’orientation ou de la profondeur du défaut, et — une sur laquelle ne pas compter.
| Défaut de coulée | VT | PT | MT | RT | UT |
|---|---|---|---|---|---|
| Fissure de surface | ✓ | ✓✓ | ✓✓ | Parfois | Parfois |
| Crique à chaud | ✓ | ✓✓ | ✓✓ | ✓ | ✓ |
| Gas porosity | Surface uniquement | Connectée à la surface | Limitée | ✓✓ | ✓ |
| Cavité de retrait | Parfois | — | — | ✓✓ | ✓✓ |
| Inclusion de sable | Surface uniquement | — | — | ✓✓ | ✓ |
| Reprise à froid | ✓ | ✓ | ✓* | ✓ | Parfois |
| Fissure interne | — | — | Limitée | ✓ | ✓✓ |
La porosité gazeuse est la ligne qui surprend les gens : PT ne voit que les pores qui atteignent la peau, RT voit la population en dessous, donc un bossage qui doit être étanche sous pression a besoin de la marque RT, pas de celle PT.
La reprise à froid est la seule ligne avec une marque dans chaque colonne, car c’est un joint de métal non fusionné débouchant en surface. Sa marque MT ne tient que sur les grades magnétiques — sur CF8M, une reprise à froid est un travail PT — et cette condition s’applique à chaque entrée dans la colonne MT.
Conclusion
Les défauts de surface sont une question VT, MT ou PT ; la santé interne est une question RT ou UT ; la CT est un outil de laboratoire pour les pièces assez petites pour y tenir. L’alliage la réduit davantage — l’acier inoxydable austénitique prend PT et non MT, la fonte grise ne prend pas UT — et le grade ASTM ne règle rien au-delà d’un contrôle visuel. Mettez la méthode, la zone et le niveau d’acceptation sur le dessin et la question CND est close avant que le modèle ne soit découpé.