Piqûres sous-cutanées dans pièces moulées en fonte ductile sont évités en limitant l'hydrogène et l'azote qui atteignent le métal au niveau de la paroi du moule : aluminium inférieur à 100 ppm dans le bain, une charge sèche et à faible teneur en azote, une faible humidité et un faible azote de liant dans le moule et les noyaux, et un remplissage sans turbulence.
Le défaut est une dispersion de petits trous de gaz à parois lisses juste sous la peau de la pièce coulée, également appelés trous de gaz. Retrait les cavités sont déchiquetées et se situent dans les sections épaisses qui se solidifient en dernier. La surface brute de coulée semble généralement saine, de sorte que les piqûres n'apparaissent que lorsque le surépaisseur d’usinage est usiné. Sur une face usinée qui doit être étanche à la pression, elles signifient une pièce rejetée ou réparée.
Quelles sont les causes des piqûres sous-cutanées
L'hydrogène, seul ou avec l'azote, forme des piqûres sous-cutanées dans la fonte ductile, et la majeure partie est absorbée là où le métal rencontre le moule. La vapeur d'eau provenant du sable, des noyaux, de la charge et de l'air dans la cavité du moule réagit avec le magnésium, l'aluminium et le titane dans le fer. La réaction forme des oxydes et libère de l'hydrogène atomique, qui se dissout immédiatement dans le métal. L'azote provient de la ferraille d'acier et des carburants dans la charge, et des liants azotés, l'urée avant tout, qui se décomposent au contact du métal chaud.
Les oxydes et les scories de traitement au magnésium laissés dans le métal peuvent servir de points de départ pour les bulles, il faut donc retirer les scories après le traitement.
Comment prévenir les piqûres dans le bain
Prévenez les piqûres dans le bain en maintenant l'aluminium et le titane bas, en gardant les porteurs d'hydrogène et d'azote hors de la charge, et en traitant avec pas plus de magnésium que la nodularité n'en a besoin. Le dégazage rotatif est une pratique pour l'aluminium fondu, pas pour le fer : le traitement au magnésium lui-même purge la plupart des gaz dissous de la fonte ductile.
Aluminium et titane provenant des inoculants et des retours
Maintenez l'aluminium dans le bain en dessous de 100 ppm (0,01%). La majeure partie arrive avec les inoculants, l'alliage nodularisant et les retours. Spécifiez des nuances à faible teneur en aluminium pour chacun, et sachez ce que vos retours contiennent.
Le titane n'a pas de limite publiée pour les piqûres dans la fonte ductile, mais il renforce l'effet de l'aluminium : avec 0,02% de titane présent, les piqûres deviennent plus fréquentes pour des niveaux d'aluminium de 0,01 à 0,2%. Le titane s'accumule dans les retours, il faut donc aussi le maintenir bas. Les additions de titane que certaines fonderies de fonte grise utilisent contre la porosité à l'azote ont été testées en fonte grise et ne doivent pas être transposées à la fonte ductile.
Humidité, rouille et azote dans la charge
Gardez l'humidité, la rouille et l'huile hors de la charge, et réduisez l'azote apporté par la ferraille d'acier et les carburants. Chaque source a son propre contrôle :
- Humidité: utilisez des matériaux de charge secs, et stockez les ferroalliages à grains fins sous abri.
- Rouille: gardez la ferraille fortement rouillée à l'écart, et chargez les retours à l'état grenaillé.
- Huile et émulsions: gardez la ferraille huileuse à l'écart.
- Réfractaires: séchez complètement les nouveaux revêtements de four et de poche.
- Ferraille d'acier: réduisez sa part dans la charge. Elle peut contenir jusqu'à 130 ppm d'azote, au-dessus du niveau de 80 à 100 ppm dans le bain généralement considéré comme critique pour les piqûres, tandis que la fonte brute en contient bien moins.
- Carburants: utilisez une nuance à faible teneur en azote.
Nodularisant et magnésium résiduel
Traitez à la limite basse du magnésium résiduel qui donne une nodularité complète, et choisissez un nodularisant pauvre en aluminium et en titane. Le magnésium augmente la capture d'hydrogène, mais aucune limite publiée de magnésium résiduel n'est liée aux piqûres, et un magnésium élevé seul n'a pas été démontré comme formant celles-ci.
Comment prévenir les piqûres dans le moule et les noyaux
Réduisez la vapeur d'eau et l'azote que le sable, le liant, les noyaux et les revêtements libèrent contre la peau en cours de solidification.
Humidité du sable vert
Utilisez le sable vert à la limite basse de l'humidité nécessaire pour un bon moulage. Aucune valeur d'humidité publiée n'écarte les piqûres dans la fonte ductile, et le niveau correct dépend du type et de la quantité d'argile dans votre sable.
Réduisez également la teneur en bentonite et en poussière inerte. Empêchez l'azote de s'accumuler dans le sable du système en limitant la quantité de sable de noyaux lié à la résine qui y retourne, et régénérez avec du sable neuf là où cela se produit.
Ajoutez des formateurs de carbone lustré tels que le charbon de mer là où l'atmosphère du moule est oxydante, mais maintenez-les au minimum qui fait le travail.
Moules en résine no-bake
Dans les moules en résine no-bake, les réglages contre les piqûres sont un faible niveau de liant, un liant à faible teneur en azote et une addition d'oxyde de fer rouge au sable, plus, avec les liants phénoliques uréthane à deux composants, le rapport spécifié entre les composants.
Dans une étude AFS Transactions avec des noyaux phénoliques uréthane, un rapport 60:40 Partie I sur Partie II a donné des pièces saines à chaque fois, tandis que les rapports riches en Partie II donnaient une porosité sous-cutanée croissante. Les liants sont spécifiés à 55:45 à 60:40, mais des pompes à liant usées, de l'air dans les conduites, des changements de viscosité avec la température et un mauvais mélange poussent les mélanges réels vers un excès de Partie II, donc l'étalonnage des pompes et le mélange sont des contrôles des piqûres.
La porosité augmentait aussi avec le niveau de liant au même rapport, et le sable régénéré à forte perte au feu se comporte comme un liant supplémentaire. Avec les liants furaniques, l'azote provient de l'urée, choisissez donc une nuance à faible teneur en azote.
L'oxyde de fer rouge a été la correction unique la plus efficace dans ces essais : 0,25% d'hématite a stoppé toute porosité dans les pièces d'essai coulées dans des conditions délibérément mauvaises. L'oxyde de fer noir a bien moins fonctionné, et les nuances commerciales naturelles varient, alors essayez la nuance que vous achetez.
Ces essais ont été coulés principalement en fonte grise, et la fonte ductile du même programme n'a montré au plus que des traces. Les résultats montrent dans quel sens chaque réglage agit ; la dose pour la fonte ductile est déterminée par essai.
Noyaux
Les noyaux ajoutent le moins de gaz lorsqu'ils sont complètement durcis, secs à la fermeture du moule, et fabriqués avec de l'oxyde de fer dans le sable comme dans les moules no-bake.
Le post-étuvage chasse le liant. Des noyaux d'essai phénoliques uréthane étuvés à 450°F (232°C) pendant une heure donnaient encore une porosité sévère, deux heures la réduisaient fortement, et quatre heures l'éliminaient en grande partie, au prix d'un temps de four que peu d'ateliers peuvent se permettre.
Ne comptez pas sur les enduits de noyaux à l'oxyde de fer : seuls les enduits assez puissants pour gâter l'état de surface ont stoppé la porosité. Lorsqu'un revêtement est utilisé contre les piqûres, un revêtement de surface barrière absorbant l'azote est le meilleur choix.
Surveillez particulièrement les noyaux boîte froide et les noyaux en croûte. Une étude sur les boîtes froides a attribué la porosité, que les noyaux furaniques produisent rarement, à l'azote élevé dans la charge réagissant avec le liant du noyau, et les liants de croûte libèrent de grandes quantités de gaz avant que la pièce coulée n'ait formé une peau stable.
Perméabilité du moule et mise à l'évent
La perméabilité du moule et la mise à l'évent ont peu d'effet sur les piqûres. Une piqûre se forme à partir de gaz qui s'est déjà dissous dans le métal à la paroi du moule, et la mise à l'évent n'arrête pas cette réaction. Maintenez la mise à l'évent des noyaux, car elle empêche les soufflures ; elle n'élimine pas les piqûres.
Comment prévenir les piqûres lors de la coulée
Remplissez le moule sans turbulence grâce à des canaux courts, et ne coulez pas dans la plage basse de température.
Température de coulée
Coulez suffisamment chaud, car des températures de coulée basses rendent les piqûres plus probables. Aucune plage de température de coulée publiée n'est liée aux piqûres sous-cutanées dans la fonte ductile.
Face aux noyaux en uréthane phénolique, l'effet s'inverse, des coulées plus chaudes donnant plus de porosité. Dans les essais des AFS Transactions, cet effet n'apparaissait que lorsque le ratio de liant était déséquilibré, donc corrigez le ratio avant d'abaisser la température de coulée.
Système d'attaque et remplissage
Un système d'attaque qui remplit le moule sans turbulence grâce à des canaux courts réduit les piqûres. Ralentir le remplissage n'aide pas en soi. Le conseil habituel est de réduire le débit, mais une étude de 1971 a constaté qu'un système d'attaque qui réduisait la vitesse de coulée donnait plus de piqûres, concentrées là où le premier métal froid entrant dans le moule s'est immobilisé.
Comment remonter une apparition de piqûres à sa source
Remontez une apparition par la forme des trous et leur position sur la pièce, puis en changeant une source à la fois. La cause est souvent plusieurs sources qui s'additionnent, donc procédez dans cet ordre :
- Confirmez le défaut: Sectionnez ou usinez quelques pièces. Les piqûres sont de petites cavités arrondies juste sous la peau ; les soufflures sont plus grandes et proviennent de gaz du moule ou du noyau qui n'a pas pu s'échapper, ce qui pointe vers l'éventage.
- Lisez la paroi de l'empreinte: Des trous ronds tapissés d'un film de graphite signifient que l'hydrogène est impliqué, donc examinez l'humidité du sable, les enduits humides, la charge rouillée et l'aluminium. Les trous dendritiques sans film de graphite sont de l'azote, donc examinez la ferraille, les carburants et les liants contenant de l'urée. La métallographie et la microanalyse du revêtement peuvent typer le défaut et le gaz qui en est responsable, comme une analyse publiée d'une pièce de couvercle en fonte ductile l'a montré.
- Cartographiez leur emplacement: Les piqûres regroupées aux points chauds et aux angles rentrants à côté des noyaux, où un petit volume de noyau est chauffé des deux côtés, pointent vers le gaz du noyau. Les piqûres éloignées de l'attaque, là où le premier métal froid s'immobilise, pointent vers le système d'attaque et la température de coulée. L'épaisseur de paroi seule est un mauvais indicateur ; un essai n'a trouvé aucune tendance entre des sections de 5 et 20 mm.
- Vérifiez le métal fondu par rapport aux limites: Comparez l'aluminium à 100 ppm et examinez les registres de charge des coulées affectées : part de ferraille, lot de carburant, retours et stockage des ferroalliages.
- Changez une source à la fois et comptez: Corrigez d'abord un système d'attaque turbulent, car il masque l'effet de tout changement de métal fondu. Ensuite, changez une variable par essai et comptez les piqûres sur des pièces d'essai usinées à 0,5 mm et 1,0 mm sous la surface.