Évents
Blowholes est un terme utilisé en métallurgie et désigne une cavité dans la solidification des pièces moulées formées . Des vides se produisent lors de la coulée des produits fondus individuellement ou entassés. Les cavités connues sous le nom de soufflures sont causées par le rétrécissement du volume de matériau dû au refroidissement et à la solidification de la masse fondue. Si un moulage a des vides, il est appelé vides .
Dans un sens plus large, les cavités indésirables dans des matériaux autres que le métal, qui peuvent survenir de diverses manières, sont également appelées évents. Pour plus d'informations, consultez la section sur la définition étendue des trous de soufflage .
étymologie
L'origine est probablement dans le mot germanique lunk pour "évier". Une origine de lunken , qui signifie « devenir creux » en dialecte rhénan, est également possible.
Causes de la formation de caries
La susceptibilité à la formation de cavités dépend du matériau et peut être influencée par sa modification. Un évitement complet des vides n'est pas possible pour la plupart des pièces moulées. Au lieu de cela, la cavité est délocalisée. A cet effet, une ou plusieurs colonnes montantes sont prévues dans le moule en plus de la carotte , qui sont positionnées de telle manière que le retrait de volume est contrecarré par la disponibilité de la masse fondue liquide.
Les véritables évents ne résultent d'une diminution de volume ( retrait ) qu'au moment où un métal en fusion se solidifie et se refroidit. Le seul facteur déterminant est de savoir si les cavités qui apparaissent dans la coulée pendant la transition de phase du liquide au solide peuvent être remplies par l'apport de liquide fondu (encore) liquide, l'appoint. Si c'est le cas, il n'y a pas de cavités dans la pièce coulée, mais dans la colonne montante, qui est ensuite supprimée. Sinon, le Lunkerung a phasé, parallèlement au retrait volumique de la masse fondue, une contraction liquide selon laquelle la température de coulée T tombe en dessous de la G développée commence et se poursuit tant que la masse fondue est encore au-dessus de la température de solidification T S est localisée. Lorsque le solidus ou point de solidification T S est atteint, une contraction soudaine de solidification se produit. Indépendamment de cela, le retrait de la coulée de refroidissement se poursuit jusqu'à ce qu'elle se soit ajustée à la température ambiante.
Le rétrécissement réel peut apparaître différemment en termes d'étendue et d'apparence.
Une distinction est faite entre les cavités ouvertes et fermées.
Ouvrir les évents
Aux cavités ouvertes, également appelées Außenlunker et comptant toujours sur le Groblunkern qui n'implique néanmoins en aucun cas, des défauts de coulée, comprennent le "Sauglunker" au niveau de la carotte et des mangeoires à pièces coulées placées conditionnellement . En tout cas, ils prouvent qu'un maquillage a eu lieu pour compenser les déficits de volume lors de la solidification. Une séparation minutieuse de la coulée montre si la cavité est limitée à la carotte - une carotte double face est également possible - ou s'étend dans la coulée et s'avère donc insuffisamment dimensionnée. Il en va de même pour les mangeoires.
Un autre évent ouvert, car visible, est l'« évent sous pression », également connu techniquement sous le nom de « post-scriptum ». Il apparaît comme une marque d'évier sur une surface coulée. Cela est dû au fait qu'une coquille a commencé à se former dans le moule, mais ensuite du métal liquide a été aspiré dans d'autres zones et la coquille existante a coulé dans la cavité en dessous en raison de son propre poids.
Les transitions transversales sur la pièce moulée sont également sensibles aux cavités ouvertes, car les pièces plus solides qui se sont déjà solidifiées ne sont pas alimentées par les pièces voisines plus faibles et déjà solidifiées.
Cavité fermée
Ils sont pénalisants pour le taux de rebut opérationnel car ils ne sont reconnus que lors d'un test d'étanchéité ou de l'usinage coûteux de la coulée. Selon la composition de la masse fondue, ils se produisent dans des parties à parois épaisses d'une coulée qui n'ont pas été reconstituées de manière adéquate, soit sous forme de "vides grossiers" (macro vides) - les "vides de filetage" doivent également être affectés ici - ou le volume le déficit qui se forme conduit à une fine intergranulaire ou « micro-cavités », qui ne se distingue que macroscopiquement de la porosité gazeuse. Les alliages avec un large intervalle de solidification ont tendance à avoir ce type de cavité. Les alliages eutectiques - tels que l'AlSi 12 ( aluminium avec 12% de silicium ) - forment des cavités grossières s'ils ne sont pas traités, sans que la structure soit influencée par le sodium ou le strontium .
Éviter les évents
L'évent en tant que défaut de coulée provoque soit des rebuts et une perte totale des coûts de traitement accumulés jusqu'à présent pour la coulée (moins la valeur matérielle pure), soit il nécessite des retouches coûteuses, en particulier lorsqu'il s'agit de grandes pièces où le défaut peut être réparé sans aucune perte de qualité de coulée est possible. Les mesures pour éviter les caries dépendent de leur type.Une simulation de coulée précédente est extrêmement utile, car elle montre les zones problématiques de la coulée et offre ainsi la voie à un remède approprié.
De nos jours, il existe un grand nombre de simulateurs de coulée qui montrent comment une certaine coulée va se solidifier et où et dans quelle mesure les déficits de volume, qui incluent non seulement le retrait de la masse fondue mais aussi le retrait linéaire , doivent être pris en compte lors de la solidification dans le mouler. Ceci est particulièrement vrai compte tenu des épaisseurs de paroi pour la plupart très différentes et des temps de solidification différents qui en résultent.
Formulaire mesures techniques
Les entonnoirs verseurs nécessitent un diamètre largement dimensionné. Selon une règle empirique, dans l'intérêt d'un remplissage rapide et puissant du moule, la section transversale de l'entonnoir de coulée doit être supérieure à la somme de toutes les « portes » qui conduisent la masse fondue dans la coulée et bifurquent de l'« entrée ». Une « famine » de la coulée est ainsi évitée dans un premier temps.
Une autre règle est que le métal le plus chaud introduit dans le moule se retrouve dans la carotte jusqu'au bout et le plus froid dans la zone la plus éloignée de celle-ci. Dans le cas idéal et en supposant une pièce avec la même épaisseur de paroi, cela correspond à une solidification dirigée évitant les vides.
Les zones à parois épaisses dans la zone éloignée de la carotte, sans compenser le retrait de volume, conduisent nécessairement à des vides. Cela ne peut être contré qu'en mettant du métal liquide chaud à la disposition de la zone devenue critique. En pratique, des « risers » à section épaisse sont placés sur le moule, dans lesquels le métal reste liquide plus longtemps que dans le moule et peut être « aspiré » dans la zone déficiente. Les pièces inaccessibles aux risers attachés, mais qui risquent de se creuser lors de la solidification du fait de leur accumulation de matière, peuvent attirer le métal liquide des risers borgnes moulés (tête perdue) pour compenser un déficit de volume.
L'une des mesures techniques de moulage dans le but d'alimenter rapidement et toujours sans tourbillonnement toutes les zones d'une pièce coulée en métal chaud consiste à augmenter le remplissage du moule de bas en haut. Des entonnoirs de coulée doubles, des passages circulaires autour de la coulée, avec plusieurs portes, latéralement tangentielles dans des directions opposées ou conçues comme une porte en corne sont une condition préalable à cela.
En pratique, cela cherche également à répartir le métal chaud lors du remplissage du moule, afin d'éviter un échauffement de la zone d'entrée dans le cas de pièces plus grosses, ce qui favoriserait les vides. Les pièces de haute fonte sont donc découpées sur plusieurs niveaux.
Mesures de coulée
Le déficit de volume conduisant à la formation de vides est une condition physique du changement de phase de liquide à solide. La solidification rapide, également appelée trempe, évite les grosses cavités et les remplace par des micro-cavités noyées dans la structure. La solidification lente, comme c'est le cas pour la coulée en sable, nécessite des mesures techniques de coulée qui déplacent la cavité de la coulée dans les mangeoires ouvertes ou les mangeoires aveugles, ainsi que le système de coulée. Afin que le métal liquide puisse être reconstitué à partir de ces points pendant la période de solidification et le retrait associé, ils sont isolés ou un chauffage supplémentaire est fourni. L'isolation simple utilise peu ou pas de matériaux de dissipation de chaleur, qui sont soit placés autour du chargeur et de la carotte sous forme de manchon, soit en forme d'"insert". Une autre étape est leur production à partir de masses à réaction aluminothermique, qui non seulement réduisent les pertes de chaleur, mais ajoutent même de la chaleur. De plus, la mangeoire et l'entonnoir verseur peuvent être recouverts d'une "poudre de soufflage" à réaction exothermique ou un couvercle fabriqué à partir de celle-ci peut être fourni.
Afin d'éviter l'apparition de vides, une industrie de matériaux auxiliaires appropriée offre un large éventail d'options. Le moulage détermine l'endroit où l'isolation est appropriée, c'est-à-dire des pierres ou des anneaux isolants utilisés en acier moulé, ou l'installation de plaques antichoc en fonte, de fers de refroidissement et d'autres éléments de refroidissement, en partie à base de cuivre hautement conducteur (noyaux de refroidissement, clous de refroidissement, ailettes), que ce soit dans des moules de coulée en sable ou métalliques Moules permanents (moulage sous pression, moulage sous pression).
Contrôle du vide
En ce qui concerne une variété de causes, les vides ne peuvent jamais être complètement exclus, même dans les pièces moulées fabriquées à l'aide d'aides pour empêcher les vides. Un contrôle en fonction de leur conception et de l'alliage utilisé pour les pièces sensibles aux vides est donc indispensable. À cette fin, les méthodes qui ont été transmises au cours des siècles ont été principalement utilisées jusqu'au 20e siècle.
L'exigence minimale est une inspection visuelle des cavités externes qui ne sont pas toujours immédiatement reconnaissables aux transitions transversales. De plus, les pièces moulées sont renversées avec un marteau. Le pratiquant peut entendre du son s'il y a des vides ou des fissures. Une autre méthode qui existe encore aujourd'hui comme test de densité - bien que principalement pour vérifier la teneur en hydrogène et la porosité résultante - est la détermination de la densité à l'aide du principe d'Archimède.
Dans le cas de la coulée en série, il était d'usage de soumettre une pièce prélevée sur la bande au hasard ou après un certain nombre de pièces coulées à un contrôle destructif et de contrôler les points critiques au moyen de coupures ou de cassures.
Depuis lors, cependant - initialement pour les pièces de sécurité en général - le contrôle non destructif des matériaux avec ses différentes méthodes s'est imposé. Le test aux ultrasons avec un échosondeur (portable) et un traitement de données qui lui est connecté est pratique à utiliser . Avec l' examen aux rayons X dans une chambre de fluoroscopie, une méthode associée à la médecine a été transférée pour la première fois à des produits techniques. Le développement ultérieur conduit à la tomodensitométrie (CT) avec la possibilité de représentation tridimensionnelle des défauts dans la structure coulée.
Définition étendue des évents
Bien que principalement affectés à la métallurgie , d'autres domaines de production utilisent également le mot soufflures. On le trouve dans la construction et dans la technologie à haute tension, mais dans les deux cas, il s'agit de faux évents, car ils ne sont pas basés sur un retrait volumique d'un melt flow dépendant de la température, mais plutôt sur un défaut de fabrication évitable qui conduit à un déficit matériel local. Dans la construction en béton , un évent est une cavité créée par une compression insuffisante ( pore de compression ). En maçonnerie, un évent se produit à la suite d'un mortier inadéquat, ce qui est particulièrement favorisé par les pierres inégales utilisées dans la maçonnerie en pierre de carrière. En génie électrique , une cavité dans un isolant est appelée évent. Le terme évents est également utilisé dans la technologie du soudage comme un type d' irrégularité indésirable .
Un retrait de volume comme condition préalable à la formation de cavités peut également être trouvé en dehors de la métallurgie dans les fontes minérales à solidification lente, telles que le verre (coulée de grands miroirs télescopiques), la céramique , dans la nature avec de la lave et dans les matériaux thermoplastiques semi-cristallins .
Faux évents
Une cavité dans un moulage est communément appelée trou de soufflage, mais l'expression ne s'applique qu'aux cavités causées par le retrait de solidification . Les cavités causées par des inclusions d'air ou des facteurs de formation de gaz tels que l'air ou la vapeur d'eau provenant de l'humidité du moule ou des noyaux sont appelées bulles. Les bulles de gaz que l'on peut à peine voir à l'œil nu sont appelées pores .
Les "trous non soufflés" typiques, quel que soit leur nom, sont les "trous soufflés". Ils surviennent localement lorsque l'humidité du moule existant se transforme en vapeur d'eau lorsque la masse fondue s'écoule dans le moule et que sa pression ( pression de vapeur ) n'a d'autre issue que de pénétrer dans la coque non encore durcie de la pièce moulée et de s'enfermer sous forme de bulle.
Un autre défaut de coulée qui se produit surtout avec l' aluminium , mais aussi avec le cuivre, s'apparente à un trou micro ou fin. Une déclaration exacte n'est possible que sous grossissement, car même les bulles très fines ont une paroi lisse à l'intérieur, alors que la paroi d'un évent a une rugosité cristalline . Des bulles lisses indiquent une porosité à l'hydrogène, qui est due au fait que la masse fondue contenait de l'hydrogène dissous. Il peut adhérer à la charge, sous forme d'une fine couche d'oxyde d'aluminium mono- ou trihydraté, ou il ne peut apparaître que lorsque la masse fondue entre en contact avec l'humidité, en particulier l'humidité atmosphérique . La réduction de l' humidité - quelle que soit son origine - toujours conduit à la formation d'oxyde ( d'oxyde d'aluminium , l' oxyde de cuivre ) et de l' hydrogène atomique dans la masse fondue .
Lors de la solidification d'une masse fondue est leur capacité à garder l'hydrogène en solution, très fort dos - par l'aluminium de 1 cc/100 g d'aluminium à seulement 0,05 cc/100 g. Une partie de l'hydrogène devenu excédentaire s'échappe de la masse fondue. Un traitement à l'état fondu approprié le réduit davantage. L'hydrogène restant apparaît sous forme de porosité dans la coulée refroidie en raison de sa pression de précipitation . Si ces pores ou ces bulles sont très petits et que l'inspection nécessaire n'est pas effectuée, une affectation incorrecte en tant que cavité n'est pas rare.
La porosité à la vapeur d'eau qui se produit dans les alliages de cuivre sans zinc est liée à la porosité à l'hydrogène. La cause de ceci réside dans la capacité de l'hydrogène à réduire l'oxyde de cuivre présent dans la masse fondue. La vapeur d'eau qui en résulte est très volatile (Eb 100°C), mais si elle se forme dans un moule coulé et qu'on l'empêche de s'y échapper, elle conduit parfois à la formation de pores plus grossiers ou de bulles dans la coulée (voir évents).
Littérature
- Lexique de la fonderie. 19e édition. Schiele & Schön, Berlin, ISBN 3-7949-0606-3 .
- Association des Fondateurs Allemands : Guß Fehler-Atlas. 2 tomes, Giesserei-Verlag, Düsseldorf 1955/1956.
- Roland Irmann : Fonderie d' aluminium en sable et moule. Maison d'édition Aluminium-Zentrale eV, Düsseldorf 1952.
- VDG et al (Hrsg.) : La fonderie dans une représentation commune. édité par Hans Schmidt. 3e édition revue et augmentée. Maison d'édition de fonderie, Düsseldorf 1953.
- W. Bergmann : Technologie des matériaux. Volume 2 : Production de matériaux - Traitement des matériaux - Application des matériaux. Carl Hanser Verlag, 2001, ISBN 3-446-21639-1 .
liens web
Preuve individuelle
- ↑ "La Grande Brockhaus", 20e édition. 1996 ; Gerhard Truig, "Dictionnaire allemand", également Duden, Volume 1, "L'orthographe allemande". numéros 1947 et 1991; moins clairement dans « Duden. Orthographe de la langue allemande et des mots étrangers », 9e édition. 1924, sous "Hüttenw." : "Espace vide dans la masse métallique solidifiée dans le moule". Plus aussi dans le "Sprach-Brockhaus", Verlag E. Brockhaus, Wiesbaden, 6e édition. 1951.
- ↑ « cavité allongée le long de l'axe central thermique » (selon Giesserei Lexikon).
- ↑ voir comme exemple : P. Kainzinger, M. Wohlfahrt, W. Eichlseder : Makrolunker en fonte avec graphite sphéroïdal - prédiction par simulation et son influence sur la résistance à la fatigue. Dans : VoeG Giesserei Rundschau. Jhg. 58, n° 5/6 2011, page 106.
- ↑ aux risques: CA Rowe: départs aveugles, pourquoi ils échouent parfois. Dans : Taschenbuch der Gießerei-Praxis 1993. Verlag Schiele & Schön, Berlin.
- ↑ Les aides sont une loupe et un scriber.
- ↑ De l'Institut autrichien de fonderie de l'Association pour la recherche pratique en fonderie à Leoben, Rapport d'activité 2008 : Possibilités et limites de la tomodensitométrie. Dans : Fonderie VÖG - Rundschau. Numéro 7/8 2009, page 142.
- ↑ Saechtling, plastique Broché , 30e édition, Carl Hanser Verlag, 2007, ISBN 3-446-40352-3 .
- ↑ Définition selon le lexique fonderie. La littérature connaît également le terme bulle d'angle, comme un trou de soufflage sur des bords de sable trop humidifiés.
- ↑ dans le cas des alliages de cuivre contenant du zinc, la tension de vapeur du zinc (Eb 907°C) ne permet aucune teneur en hydrogène.