Votre première pièce moulée vient de sortir du moule et présente des aspérités et des zones sableuses. La surface est catastrophique : rien à voir avec la finition lisse que vous espériez. Vous vérifiez l’humidité du sable. Elle est à 3.2 %, ce qui est tout à fait normal. Alors, qu’est-ce qui a mal tourné ?
Vert moulage en sable Les défauts endommagent vos pièces moulées de neuf manières distinctes, chacune étant causée par des problèmes spécifiques liés à la composition du sable, à la manipulation du moule ou aux pratiques de coulée du métal.
La plupart des défauts peuvent être identifiés par inspection visuelle avant tout usinage. Les défauts de surface apparaissent immédiatement : texture rugueuse, trous, fissuresou un excès de métal. Les défauts internes nécessitent un contrôle par rayons X ou par ultrasons pour détecter les cavités et la porosité cachées à l'intérieur de la pièce moulée.
Les neuf principaux types de défauts sont :
Des défauts gazeux surviennent lorsque de l'air, de la vapeur ou des gaz de combustion emprisonnés ne peuvent s'échapper à travers le sable pendant la coulée, créant ainsi des trous et des cavités dans votre pièce moulée.
Les soufflures et les piqûres sont les défauts les plus courants dans coulée de sable vertOn les trouve sous forme de cavités rondes ou ovales ; les évents mesurent 3 mm ou plus, tandis que les piqûres restent inférieures à 3 mm. Les deux apparaissent à la surface de la pièce moulée ou juste en dessous.
La pénétration du métal se produit lorsque le métal en fusion s'infiltre entre les grains de sable ou fusionne chimiquement avec la surface du sable, créant une texture rugueuse et sableuse extrêmement difficile à nettoyer.
Ce défaut se manifeste par un aspect rugueux, semblable à du papier de verre. finition de surface Le métal présente des grains de sable incrustés. Dans les cas les plus graves, une épaisse couche de sable et de métal fusionnés se forme et nécessite un meulage ou un sablage pour être éliminée. La rugosité est plus prononcée que celle d'une pièce de fonderie normale : on sent les grains de sable individuels incrustés dans la surface.
Les défauts de retrait se forment parce que le métal se contracte lorsqu'il passe de l'état liquide à l'état solide, et si l'on ne compense pas cette perte de volume par un apport supplémentaire de métal en fusion, on obtient des cavités et de la porosité.
La plupart des métaux sont moins denses à l'état liquide qu'à l'état solide. Le fer se contracte d'environ 3 à 4 % de son volume lors de la solidification. L'acier se contracte de 4 à 5 %. L'aluminium se contracte de 6 à 7 %. Ce volume supplémentaire provient forcément de quelque part.
Le retrait se manifeste sous deux formes : des cavités concentrées (grands vides) ou une porosité répartie (réseaux spongieux de petits trous).
cavités de retrait Elles se présentent sous forme de grandes cavités irrégulières, généralement situées au dernier point de solidification de la pièce moulée. Elles ont souvent une apparence caractéristique en forme d'arbre ou de V, avec des dendrites (croissances cristallines) visibles à l'intérieur. La surface de la cavité est rugueuse et oxydée, car elle s'est formée lors de la solidification partielle du métal.
Vous trouverez des cavités de retrait aux points chauds : les sections épaisses, les jonctions entre parois épaisses et minces, et les zones les plus éloignées des points d’entrée du métal. Ces endroits restent liquides plus longtemps tandis que le métal environnant se solidifie.
Porosité de retrait Elle se manifeste par de petits trous dispersés dans une région plutôt que par une seule grande cavité. À fort grossissement, la porosité ressemble à une éponge avec des vides interconnectés entre les grains de métal. Ce phénomène se produit lorsque le métal ne se solidifie pas uniformément : différentes zones gèlent à des moments différents, emprisonnant de petites poches de retrait entre elles.
Les défauts de dilatation du sable surviennent lorsque le sable contenu dans le moule chauffe pendant la coulée et se dilate, créant des contraintes de compression qui déforment ou fissurent la surface du moule.
Le sable de silice se dilate sous l'effet de la chaleur. La dilatation est d'abord faible, mais à 573 °C, le sable de quartz subit une transformation cristalline qui provoque une dilatation soudaine de 1.2 % en volume. Comme le sable au contact de la cavité métallique devient beaucoup plus chaud que celui plus éloigné, on observe une dilatation différentielle : la couche interne chaude tend à se dilater tandis que la couche externe froide la freine.
Cette contrainte de compression doit bien se dissiper quelque part. La surface du sable se déforme, se fissure ou se soulève, et le métal en fusion peut s'infiltrer dans ces fissures et défauts.
Ces trois défauts sont tous causés par la dilatation du sable, mais ils ont un aspect différent et se produisent dans des situations différentes.
Queues de rat Elles se présentent sous forme de rainures longues, peu profondes et irrégulières sur des surfaces planes ou légèrement incurvées. Elles ressemblent à des traces laissées par un bâton sur du sable mouillé : une dépression en forme de V ou de U, d’une profondeur de 2 à 5 mm et d’une largeur de 5 à 10 mm. La surface intérieure de la rainure est généralement plus rugueuse que la partie environnante de la pièce moulée.
Les rainures en queue de rat se forment lorsque la contrainte de compression dans le sable crée une petite fissure parallèle à la surface. La fissure s'ouvre légèrement, le métal s'y infiltre et il se forme cette rainure caractéristique. Elles apparaissent le plus souvent sur les plaques planes, les grandes surfaces planes des pièces moulées et les surfaces horizontales de la partie inférieure du moule.
Boucles Elles ressemblent à des queues de rat, mais sont plus larges, moins profondes et plus droites. Imaginez une large dépression peu marquée, de 10 à 20 mm de large et seulement de 1 à 3 mm de profondeur, s'étendant en ligne relativement droite sur la surface de moulage. Ces ondulations apparaissent sur de grandes surfaces horizontales planes où le sable a suffisamment d'espace pour se déplacer.
La différence entre une queue de rat et une boucle est principalement géométrique. Toutes deux résultent du même mécanisme — l'expansion de la surface créant une contrainte de compression — mais les boucles se forment lorsque le sable se soulève en une vague plus large plutôt que par fissures.
Croûtes Il s'agit du défaut de dilatation le plus grave. Il se présente sous forme de zones rugueuses et surélevées à la surface de la pièce moulée, recouvertes d'une fine couche de métal et contenant une cavité remplie de sable. En meulant cette couche superficielle, on découvre une structure alvéolaire sous-jacente : du métal poreux mélangé à des particules de sable.
Les croûtes se forment lorsque la contrainte d'expansion soulève une partie de la surface du moule en sable, créant ainsi un interstice. Le métal s'écoule dans cet interstice. Le sable soulevé se dépose sur le métal, fusionne partiellement avec lui et crée l'aspect caractéristique en relief et croûteux.
On trouve davantage de croûtes sur la partie supérieure du moule que sur la partie inférieure, car la gravité contribue à faire descendre la couche de sable dans la partie supérieure. Les grandes surfaces planes de moulage sont les plus vulnérables.
Les défauts d'écoulement et les soudures à froid sont des défauts liés à l'écoulement, où le métal ne s'est pas correctement rempli ou a fusionné dans la cavité du moule.
Ces deux défauts rendent les pièces moulées irrémédiablement inutilisables ; il est impossible de réparer une pièce incomplète ou présentant une faiblesse. fermeture à froid Une ligne la traverse. Le métal s'est déjà solidifié de manière incorrecte, et il est impossible de le refondre.
Erreurs Ce phénomène se produit lorsque le métal en fusion cesse de s'écouler avant de remplir complètement la cavité du moule, laissant une pièce moulée incomplète. On observe alors des zones non remplies, généralement aux extrémités du moule (les zones les plus éloignées du point d'entrée du métal) ou dans les parties fines qui se solidifient rapidement.
La coulée s'interrompt brutalement : une surface normale s'arrête net, souvent avec un bord arrondi ou renflé à l'endroit où le métal s'est figé pendant son écoulement. Les sections minces comme les nervures, les ailettes et les brides sont particulièrement sujettes à ce type d'irrégularités, car leur surface spécifique est élevée et elles se solidifient rapidement.
Fermetures froides Ce phénomène se produit lorsque deux flux de métal se rencontrent dans le moule mais ne fusionnent pas correctement car ils ont trop refroidi au moment de leur jonction. On observe alors une ligne ou une soudure visible à l'endroit où les flux se sont rencontrés, souvent avec un léger écart ou une fissure le long de la jonction.
Les défauts de fusion créent des zones de faiblesse dans la pièce moulée. Le métal de part et d'autre de la ligne de fusion n'a pas fusionné complètement au niveau moléculaire. Sous contrainte, la pièce moulée risque de se fissurer le long de cette ligne. Même sans fissure, le défaut de fusion constitue un défaut esthétique et un point de concentration des contraintes qui fragilise la pièce.
Ces deux défauts sont dus à une fluidité insuffisante.— la capacité du métal à s'écouler facilement à travers le moule avant de se solidifier.
Les inclusions de sable et les défauts d'érosion surviennent lorsque des morceaux du moule se détachent ou sont emportés par l'eau et s'incrustent dans la surface de la pièce moulée.
Ces défauts se manifestent par des aspérités, des zones d'excès de métal ou des particules de sable incrustées dans la surface de la pièce moulée. Le sable peut apparaître sur n'importe quelle surface, mais il est plus fréquent sur la surface supérieure, où la gravité attire le sable vers le métal en fusion.
Coupes et lavages Il s'agit de défauts d'érosion où le métal en mouvement creuse littéralement un sillon à la surface du moule en sable. On observe un excès de métal sous forme de rainure ou de canal, souvent près des vannes où la vitesse du métal est la plus élevée. Le sable érodé est emporté en aval et se retrouve piégé dans le métal ailleurs dans le moule.
La pièce moulée présente un excès de métal dans la zone érodée qu'il faut meuler, ainsi que des inclusions de sable là où les particules de sable érodées ont voyagé avant d'être piégées.
trous de sable Ces cavités apparaissent lorsque des particules de sable se déposent ou sont entraînées par l'eau dans le moule et se mêlent à la matière moulée. On les découvre lors de l'usinage : l'outil de coupe heurte alors une cavité contenant du sable. Cette cavité, d'une taille de 3 à 10 mm, est remplie de grains de sable compactés.
Gouttes et larmes Ce phénomène se produit lorsque des morceaux du moule se détachent et tombent dans la pièce moulée. Cela arrive généralement sur la surface de la chape ou sur les parois verticales du moule qui ne sont pas suffisamment résistantes. La pièce moulée présente alors une zone de métal supplémentaire contenant du sable, correspondant à l'endroit où le morceau de moule s'est détaché.
Causes profondes : résistance insuffisante du moule et vitesse excessive du métal.
Les défauts de manipulation des moules surviennent lorsque le moule en sable est endommagé lors du retrait du modèle, de l'assemblage du moule ou de son transport vers le poste de coulée.
Ce sont les défauts les plus frustrants car ils n'ont rien à voir avec les propriétés de votre sable ou la qualité du métal : vous cassez des moules en parfait état à cause de dommages mécaniques.
Gouttes et larmes Ces fragments apparaissent sous forme d'irrégularités ou de manques à la surface de la cavité du moule, généralement sur les parois verticales ou les contre-dépouilles. Lorsqu'un morceau de sable cassé tombe dans la cavité, on obtient un surplus de métal contenant du sable. Si le morceau cassé sort complètement du moule, la pièce moulée présente une zone rugueuse et surdimensionnée.
Adhérence du motif Cela provoque des déchirures en surface lorsque le moule arrache du sable lors du démoulage. Vous constaterez alors des aspérités, des déchirures ou des éléments entiers arrachés. Le collage se produit lorsque la résistance du béton frais est insuffisante, lorsque la quantité de composé de démoulage est insuffisante ou lorsque le moule ne présente pas une dépouille suffisante.
Retour élastique Il s'agit d'un défaut moins évident qui se produit avec les machines de moulage automatisées utilisant des pressions de compression élevées. Lorsqu'on comprime du sable à une densité très élevée (dureté supérieure à 95), celui-ci reprend légèrement sa forme initiale après la décompression. Cela modifie les dimensions du moule et crée des contraintes internes dans le sable, ce qui entraîne des fissures et des défauts de dilatation.
