La porosité gazeuse est un défaut où les gaz dissous créent des bulles qui restent piégées lors de la solidification du métal pendant le processus de coulée. Lorsque le métal est en fusion, il peut contenir beaucoup plus de gaz que lorsqu'il est solide. En refroidissant, l'excès de gaz forme des bulles qui deviennent des vides permanents dans la pièce coulée finale. Ces pores gazeux ont des parois lisses et arrondies et peuvent apparaître à la surface ou se cacher à l'intérieur du métal.
Les défauts de moulage dus au gaz se répartissent en quatre types principaux en fonction de leur taille et de leur emplacement.
Les trous d'épingle sont de minuscules cavités de gaz mesurant de 0.1 à 2 millimètres de diamètre. On les trouve généralement regroupés près du sommet de la cavité du moule. Ces petits trous ronds sont visibles à l'œil nu et apparaissent souvent groupés sur la surface de la pièce moulée.
Les soufflures sous-cutanées sont de grosses bulles de gaz situées juste sous la surface. Elles sont invisibles de l'extérieur. Elles n'apparaissent que lors de l'usinage de la pièce ou de tests avec un équipement spécial.
Les trous ouverts sont de grandes cavités qui percent la surface. Ces trous ronds ou ovales se forment lorsque du gaz piégé s'échappe partiellement, laissant néanmoins un vide.
La porosité interne fermée désigne tout vide gazeux entièrement enfermé dans le métal. Ce terme recouvre tous les types de porosités cachées liées aux gaz.
La porosité du gaz se produit lorsque le gaz se dissout dans le métal en fusion ou pénètre dans le moule et ne peut pas s'échapper avant que le métal ne durcisse.
L'eau présente dans les moules, les noyaux ou les revêtements se transforme en vapeur au contact du métal chaud. Cette vapeur se décompose en hydrogène gazeux. Même l'humidité de l'air peut introduire suffisamment d'humidité pour causer des problèmes. Dans la fonderie d'aluminium, les réactions de vapeur d'eau sont la principale source de porosité à l'hydrogène.
Les liants organiques, les agents de démoulage et les lubrifiants se décomposent au contact du métal en fusion. Ils libèrent des gaz comme le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone ou l'azote. Une trop grande quantité de spray ou de durcisseur peut créer des bulles de gaz dans la pièce moulée.
L'écoulement turbulent à travers le système d'injection crée des tourbillons qui aspirent l'air dans le métal. Sans ventilation adéquate, cet air emprisonné forme des soufflures internes. Des ventilations obstruées ou inadéquates sont une cause fréquente de porosité des pièces moulées.
L'aluminium en fusion absorbe facilement l'hydrogène provenant de l'humidité ou de la décomposition du flux. L'acier et le fer absorbent l'azote et l'hydrogène. L'utilisation de ferraille rouillée augmente considérablement la teneur en gaz. Même une surchauffe du métal lui permet d'absorber davantage de gaz.
Chaque pore de gaz affaiblit votre pièce moulée en agissant comme un point de concentration de contraintes.
Une pièce moulée présentant seulement 9 % de porosité peut perdre 27 % de sa résistance à la traction. Les pores gazeux réduisent la section efficace du matériau. Sous contrainte, les pores ronds peuvent se lier pour former fissuresCela réduit la durée de vie en fatigue et réduit à la fois la limite d'élasticité et la ductilité.
Les micro-trous de surface apparaissent sous forme de piqûres sur les surfaces usinées, provoquant des rebuts visuels. Les pores internes exposés lors de l'usinage créent des rebuts. Pour les applications étanches à la pression, comme les boîtiers hydrauliques ou les appareils de plomberie, même les plus petits pores provoquent des fuites. La porosité interconnectée crée des chemins de fuite qui rendent les pièces moulées inutilisables pour maintenir la pression. Les pores des gaz retiennent également les substances corrosives et créent des turbulences dans les passages de fluides.
Pour l'aluminium, les fonderies font barboter de l'argon ou de l'azote de haute pureté dans la masse fondue. Les unités de dégazage rotatives à turbines rotatives sont particulièrement efficaces. Les bulles de gaz de purge collectent l'hydrogène et le font flotter. Le dégazage sous vide fonctionne aussi bien pour l'acier que pour l'aluminium en extrayant l'hydrogène et l'azote de la masse fondue.
Les moules, noyaux et réfractaires doivent être exempts d'humidité. Même en faible quantité, de la vapeur se forme et forme de l'hydrogène. Cuisez soigneusement les noyaux et les moules. Polymérisez complètement tous les revêtements et liants. Une ventilation stratégique aux points hauts permet au gaz de s'échapper pendant le remplissage.
Des voies d'écoulement régulières empêchent les turbulences qui emprisonnent l'air. Évitez les angles vifs et les changements de taille brusques. Utilisez un logiciel de simulation pour optimiser le flux d'air. En moulage sous pression, des profils de coulée appropriés et le vide contribuent à évacuer l'air avant l'entrée du métal.
Commencez avec des matériaux de charge secs et propres. Évitez les ferrailles rouillées et minimisez la refusion. Maintenez la température de coulée juste au-dessus du point de fusion pour réduire la solubilité du gaz. Éliminez les scories et les oxydes susceptibles de piéger les bulles de gaz.
Le vide appliqué à la cavité du moule élimine l'air avant l'entrée du métal. Cette technique réduit considérablement les défauts liés aux gaz.
Lorsqu'il est impossible d'éliminer toute la porosité, l'imprégnation sous vide et sous pression scelle les pores microscopiques avec de la résine. Cela n'améliore pas la résistance, mais rétablit l'étanchéité à la pression.
La porosité des gaz reste l'un des défauts de fonderie les plus courants, mais vous pouvez la contrôler. Concentrez-vous sur l'élimination de l'humidité, le dégazage du métal et la conception d'une ventilation adéquate. Grâce aux bonnes techniques, vous produirez des pièces moulées solides, exemptes de tout problème lié aux gaz.
