Les performances de coulée d'un alliage d'aluminium désignent les caractéristiques de l'aluminium fondu au cours des étapes de coulée, de cristallisation et de refroidissement. Elles comprennent la fluidité, le retrait, l'étanchéité à l'air, les contraintes de coulée et l'effet getter. Ces caractéristiques dépendent de la composition de l'alliage, mais sont également liées à des facteurs propres à la coulée, tels que la température de chauffage de l'alliage, la complexité de la pièce moulée, le système de masselottes et de canaux d'alimentation, ainsi que la forme de la buse, etc.
Performances de la coulée d'alliages d'aluminium
Les caractéristiques de coulée des alliages d'aluminium comprennent la fluidité, la contractilité, la fissuration thermique, l'étanchéité à l'air, les contraintes de coulée et l'inspirabilité.
Fluidité
La fluidité désigne la capacité du métal en fusion à remplir le moule. Le degré de fluidité détermine si l'alliage permet de réaliser des pièces moulées complexes. Parmi les alliages d'aluminium, c'est l'alliage eutectique qui présente la meilleure fluidité. De nombreux facteurs influent sur la fluidité, notamment la composition, la température et la présence de particules en phase solide d’oxydes métalliques, de composés métalliques et d’autres impuretés dans le métal en fusion. Cependant, les facteurs externes fondamentaux sont la température et la pression de coulée. En production réelle, outre l’optimisation du processus de fusion (raffinage et élimination des scories), il est également nécessaire d'améliorer la moulabilité et d'augmenter la température de coulée sans nuire à la qualité de la pièce moulée, afin de garantir la fluidité de l'alliage.
Contractilité
Le retrait est l'une des principales caractéristiques des alliages d'aluminium moulés. De manière générale, le processus de passage de l'état liquide à l'état solide, en passant par la solidification et le refroidissement, se divise en trois phases : le retrait à l'état liquide, le retrait de solidification et le retrait à l'état solide. Le retrait de l'alliage a une influence déterminante sur la qualité de la pièce moulée. Il influe sur la taille progressive des cavités de retrait, l'apparition de contraintes, la formation de fissures et la variation dimensionnelle.
Craquage thermique
L'apparition de fissures thermiques dans les pièces moulées en aluminium est principalement due au fait que la contrainte de retrait des pièces moulées dépasse la force d'adhérence entre les grains métalliques. La plupart de ces fissures se forment le long des joints de grains. Au niveau de la fissure, le métal est souvent oxydé et perd son éclat. Les fissures s'étendent le long du joint de grains ; elles présentent une forme en zigzag, avec une surface plus large à l'extérieur et plus étroite à l'intérieur. Certaines traversent ainsi la face d'extrémité de la pièce moulée dans son intégralité.
Étanchéité à l'air
L'étanchéité à l'air d'un alliage d'aluminium moulé désigne la capacité d'une pièce moulée en aluminium de type cavité à ne pas présenter de fuite sous l'action d'un gaz ou d'un liquide à haute pression. L'étanchéité à l'air reflète en réalité le degré de compacité et de pureté de la structure interne de la pièce moulée. L'étanchéité à l'air d'un alliage d'aluminium moulé est liée aux propriétés de l'alliage. Plus la plage de solidification de l'alliage est étroite, moins celui-ci a tendance à se désagréger, et plus les pores de précipitation sont petits, plus l'étanchéité à l'air de l'alliage est élevée.
Plus la teneur en hydrogène du bain d'alliage d'aluminium est élevée, plus le nombre de porosités capillaires présentes dans la pièce moulée est important. Ces porosités capillaires réduisent l'étanchéité à l'air et la résistance à la corrosion de la pièce moulée, et diminuent également les propriétés mécaniques de l'alliage. Les conditions de fusion sont déterminantes pour obtenir des pièces moulées en aluminium sans pores ou comportant très peu de pores. Si l'on ajoute agent de recouvrement Au cours de la fusion, le volume d'absorption de l'alliage est considérablement réduit. L'affinage de l'aluminium liquide permet de contrôler efficacement la teneur en hydrogène de celui-ci. AdTech en ligne unité de dégazage Grâce à l'adoption d'une nouvelle technologie de fabrication de matériaux à haute teneur en silicium, elle permet de dégazer efficacement l'aluminium en fusion.
Contrainte de coulée
Les contraintes de moulage comprennent les contraintes thermiques, les contraintes de transformation de phase et les contraintes de retrait. Les contraintes thermiques sont dues à l'épaisseur inégale et au refroidissement irrégulier. Une contrainte de compression se forme au niveau des parois minces, ce qui entraîne l'apparition de contraintes résiduelles dans la pièce moulée. Les contraintes de transformation de phase sont dues au changement de phase qui se produit pendant le processus de refroidissement après la solidification, ainsi qu’aux variations de volume et de dimensions qui en résultent. Les contraintes de retrait sont dues à la contrainte de traction provoquée par l’obstruction du moule et du noyau lorsque la pièce moulée en aluminium se rétracte. Ces contraintes sont temporaires et disparaissent automatiquement lors du démoulage de la pièce moulée en aluminium.
Cependant, un temps de démoulage inapproprié entraîne souvent des fissures thermiques ; les alliages d’aluminium moulés dans des moules métalliques sont notamment sujets à ce type de fissures lorsqu’ils sont soumis à de telles contraintes. Les contraintes résiduelles présentes dans l’alliage d’aluminium moulé réduisent les propriétés mécaniques de l’alliage et affectent la précision d’usinage de la pièce moulée. Les contraintes résiduelles des pièces moulées en aluminium peuvent être éliminées par recuit.
Inspiratoire
Les alliages d'aluminium absorbent facilement l'hydrogène gazeux, et cette absorption est la principale caractéristique des alliages d'aluminium moulés. Plus la température de la solution d'alliage d'aluminium est élevée, plus la quantité d'hydrogène absorbée est importante. À 700 °C, la solubilité de l'hydrogène pour 100 g d'aluminium est comprise entre 0,5 et 0,9. Lorsque la température est portée à 850 °C, la solubilité de l'hydrogène est multipliée par 2 à 3. En présence d'impuretés de métaux alcalins, la solubilité de l'hydrogène dans l'aluminium fondu augmente considérablement.
Outre le gettering qui se produit pendant la fusion, les alliages d’aluminium moulés génèrent également du gettering lors de la coulée dans le moule. Outre le gettering qui se produit pendant la fusion, les alliages d’aluminium moulés génèrent également du gettering lors de la coulée dans le moule. À mesure que la température de l’aluminium liquide diminue, la solubilité du gaz diminue à son tour, et l’excès de gaz se précipite. Une partie de ce gaz inévitable reste dans la pièce moulée et forme des poches d'air, communément appelées “ piqûres ”. Ce gaz s'associe parfois à la cavité de retrait, et le gaz précipité dans l'aluminium liquide reste alors dans cette cavité.
Si la pression générée par la bulle est très forte, la surface du pore est lisse et un cercle de couche brillante entoure le trou. Si la pression générée par la bulle est faible, la surface interne du pore est ridée.