Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Le présent travail a été entrepris afin d'étudier le rôle des paramètres d'opérations communément appliqués dans les fonderies d'aluminium ainsi que l'effet des éléments d'alliages mineurs sur la formation d'inclusions dans l'alliages Al-Si le plus largement utilisé, i.e., l'alliage primaire A356.2 et C357, à l'aide de la technique PoDFA (Porous Disc Filtration Apparatus). Une série de vingt neuf expériences a été réalisée (chacune utilisant un mélange de 25 Kg d'alliage). Dans chaque cas, 4 à 6 essais PoDFA successifs ont été exécutés. Les échantillons PoDFA contenant la partie non filtrée du métal en contact avec le filtre PoDFA (~5 mm d'épaisseur) ont été polis en vue d'un examen métallographique. La classification et le dénombrement des inclusions a été réalisée en utilisant la méthode de la grille.

Les résultats obtenus sur les types et les concentrations d'inclusions non métalliques ainsi que sur les films d'oxyde d'aluminium se produisant dans cet alliage avant la coulée, ont été analysés en terme de leur effet sur le temps de filtration et sur la fluidité (mesurée par la longueur du métal solidifié dans des tubes en quartz à l'aide d'un appareil de mesure de la fluidité Ragone). La scorie, i.e., la couche d'oxyde qui se forme sur la surface du métal en fusion a été soigneusement recueillie, pesée et examinée par microscopie électronique à balayage équipée d'un système EDX. Les résultats ont montré que les inclusions ne sont pas les seuls paramètres à être considérés. Les oxydes A12O3 (films et particules) sont les plus importants et constituent le facteur déterminant. On trouve cependant qu'il est assez difficile de séparer le rôle individuel de chaque paramètre en utilisant la technique PoDFA, i.e., l'échantillonnage sans perturber le métal en fusion. Ce procédé introduirait certainement des oxydes indésirables dans le creuset PoDFA, résultant en une augmentation artificielle de la quantité de scories. Dans tous les cas, la scorie était liquide, i.e., contenant une quantité appréciable de métal en fusion. Les principaux types d'oxydes dans la scorie étaient MgO, MgAl2O4, A14C3 et A12O3.

Deux types de matériau initial de A356.2 et C357ont été utilisés, i.e., frais et recyclé. Un total de treize opérations, représentant celles normalement appliquées dans les fonderies d'aluminium ont été simulées sous atmosphère sec (humidité -12-15%). Le métal fondu a été moulé dans des éprouvettes qui ont ensuite été thermiquement traitées selon T6 avant les essais de traction. Les résultats ont montré que le maintien du métal liquide à 735°C durant un long temps i.e. 72 h conduit à la sédimentation de la plupart des inclusions vers le fond du creuset. Cependant, une variation de l'humidité environnante peut provoquer l'absorption d'hydrogène et ainsi une grande quantité de porosités. Le dégazage à l'aide d'argon sec injecté dans le métal liquide par l'intermédiaire d'un agitateur rotatif (vitesse -160 rpm) semble être la meilleure technique pour éliminer les inclusions. L'efficacité de ce procédé est grandement améliorée lorsque celui-ci est couplé avec la filtration utilisant des filtres à écume en céramique (10 et 20 ppi). Une relation linéaire entre la ductilité de l'alliage et le logarithme du pourcentage d'inclusion au d'oxide films a été établi. A cause de la décohésion entre l'inclusion/film d'oxyde et la matrice environnante, des fissures sont facilement initialisées à leur interface, conduisant à des défauts imprévus.