L'humidité est ce qui maintient ensemble un moule en sable vert, et un écart dans un sens ou dans l'autre provoque des défauts. Trop d'eau se transforme en vapeur à la coulée et donne de la porosité gazeuse, des écailles et des voiles, une pénétration métallique et des pièces surdimensionnées ; trop peu laisse un sable sec et friable qui casse au démoulage du modèle et finit en inclusions de sable.
L'eau n'est pas le liant dans le sable à résine no-bake, donc l'humidité présente dans le sable ou absorbée de l'air humide affaiblit le moule et ajoute du gaz à la coulée.
Pourquoi le sable vert a besoin d'humidité
L'eau active l'argile bentonite dans le sable vert. L'argile mouillée devient plastique, enrobe les grains de sable et les lie ensemble, et la liaison permet à un moule vert de conserver sa forme du démoulage du modèle à la coulée.
Ce qui se passe quand le sable de moulage est trop humide
L'excès d'eau se transforme en vapeur lorsque le métal atteint la face du moule, et la vapeur, avec le moule plus mou que crée l'eau excédentaire, produit quatre types de défauts : porosité gazeuse, défauts de dilatation, pénétration métallique et erreur dimensionnelle.
L'excès d'eau abaisse la résistance verte, la dureté du moule et la perméabilité, mais il augmente la résistance sèche et à chaud, de sorte que le moule est mou au serrage et difficile à décomposer après la coulée.
Porosité gazeuse et soufflures
L'excès d'humidité provoque des soufflures parce que l'eau se transforme en vapeur plus vite que le moule ne peut l'évacuer. Le gaz est piégé contre le métal, qui ne peut pas l'écarter, et laisse des trous à la surface de la pièce ou juste en dessous.
L'échappement de la vapeur dépend de la perméabilité et de l'éventage du moule, et un moule humide et fortement serré a la plus faible perméabilité.
La vapeur se décompose aussi à la face métallique en hydrogène, que le fer et l'acier dissolvent. À mesure que la pièce se solidifie, le gaz dissous ressort en minuscules bulles qui apparaissent comme des piqûres plutôt que comme des soufflures ouvertes.
Queues de rat, voiles et écailles
L'excès d'humidité provoque ces défauts de dilatation en créant une couche humide et faible juste derrière la face du moule. À la coulée, l'eau de la face chaude s'évapore et la vapeur recule dans le sable plus froid, où elle se condense à environ 100 °C. Cette zone de condensation ne conserve qu'une fraction de la résistance verte normale du sable.
Pendant ce temps, la couche de face séchée se dilate à mesure que les grains de sable chauffent et se trouve sous compression. Lorsque la zone humide faible derrière elle ne peut plus la retenir, la couche de face se déforme ou se détache et le métal la suit :
- Queues de rat: lignes irrégulières sur la surface de la pièce là où la face s'est déformée pendant le remplissage.
- Voiles: creux dans la pièce là où le sable en dilatation a poussé dans la cavité.
- Écailles: une couche de métal rugueuse et mince partiellement séparée de la pièce par une fine couche de sable.
Metal Penetration
L'excès d'humidité ouvre un chemin pour la pénétration. L'eau remplit les espaces entre les grains de sable, et lorsqu'elle bout à la coulée, elle laisse ces espaces ouverts pour que le métal liquide s'y enfonce sous sa propre pression, où il se solidifie avec du sable emprisonné.
Dans le fer, il existe aussi une voie chimique. L'oxygène de la vapeur oxyde le fer à la face du moule, et l'oxyde de fer réagit avec le sable de silice pour former de la fayalite, un silicate de fer qui lie le sable à la pièce.
Mouvement de la paroi du moule et erreur dimensionnelle
Le sable humide se serre en un moule plus mou, et une paroi de moule molle cède sous la pression du métal liquide. La cavité grandit, de sorte que la pièce sort surdimensionnée et peut sortir des tolérances de son plan, et le volume supplémentaire que le métal doit alimenter augmente le risque de retassure.
Ce qui se passe quand le sable de moulage est trop sec
Le sable trop sec perd sa liaison et devient friable, de sorte que le moule casse aux bords et se déchire au démoulage du modèle.
Un court séchage à l'air rend la surface du sable cassante, de sorte que les poches profondes ne se démoulent pas proprement et que du sable libre tombe dans la cavité, où il devient inclusions de sable dans la pièce. Les grains libres sont aussi faciles à laver de la face par le jet de métal, ce qui donne des coupures, des lavages et des écailles d'érosion.
Quelle quantité d'humidité le sable vert doit avoir
Le sable vert contient typiquement environ 2 à 5% d'eau pour environ 10% de bentonite, mais il n'y a pas de chiffre unique correct : la position d'un système donné dans cette plage dépend de la quantité d'argile et d'additif qu'il contient.
Dans les mélanges de laboratoire, la résistance verte culmine à un rapport eau/argile d'environ 0,4, de sorte qu'un sable plus argileux a besoin de plus d'eau pour atteindre le même état. L'argile morte, les fines et les combustibles tels que le charbon de mer absorbent l'eau sans ajouter de liaison, et ils augmentent le besoin en humidité d'un système.
Les fonderies contrôlent les ajouts d'eau par la compactabilité parallèlement à la lecture d'humidité. La compactabilité est le pourcentage de réduction de hauteur d'un échantillon libre lorsqu'il est serré (AFS 2220-00-S). Chaque fonderie fixe sa propre cible de compactabilité pour sa ligne de moulage et ajoute de l'eau pour la maintenir. L'humidité elle-même est mesurée en séchant un échantillon à l'air chaud forcé (AFS 2218-00-S).
Le sable sèche aussi entre le malaxeur et le moule, de sorte qu'une lecture prise au malaxeur peut surestimer l'humidité dans le moule.
Ce que l'humidité fait au sable à résine no-bake
Dans les sable résine à prise chimique, l'eau ne fait pas partie de la liaison, donc l'humidité affaiblit le moule. Le sable humide ralentit la prise et laisse un moule plus faible, et l'humidité qu'un moule durci absorbe de l'air humide se transforme en gaz supplémentaire à la coulée.
Pour les liants durcis à l'acide tels que le furane et le phénolique no-bake, la limite publiée est de 0,25% d'humidité dans le sable de base.
Un moule durci laissé à l'air humide absorbe l'eau à sa face. Dans un essai publié à 75 à 80% d'humidité relative, le sable au furane sur sable régénéré a absorbé presque trois fois plus d'humidité en 12 heures que le sable au furane sur silice calcinée, et a perdu le plus de rigidité. Une ligne no-bake fonctionnant principalement avec du sable régénéré présente le plus grand risque lorsque les moules restent par temps humide.
Cette eau absorbée s'échappe tôt dans la coulée, en plus du gaz propre au liant, et augmente la pression de gaz à la face du moule. Une étude sur des noyaux stockés en atmosphère humide a lié le gaz supplémentaire à des cloques dans la pièce.