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

Résumé

Le présent travail a été entrepris afin d'étudier le rôle des principaux paramètres du métal en fusion couramment appliqués dans les fonderies d'aluminium, tels que l'affinage de grain et la modification au strontium, de même que l'effet des éléments alliés mineurs sur la formation d'inclusion dans trois alliages Al-Si primaires largement utilisés, notamment A356, A319 et 4104, utilisant la technique Prefil (Pressure Filtration). L'appareil Prefil est l'une des techniques les plus récentes utilisées pour déterminer la propreté du métal en fusion des alliages de fonderie. En faisant passer environ 2.5 kg de métal en fusion à travers un filtre sous pression (10 psi), les inclusions/films sont concentrés dans la région au-dessus du filtre (les dimensions des pores peuvent varier de 0 à 123 um). Après le test, le métal solidifié au-dessus du filtre est sectionné, monté et poli pour fins d'examen métallographique.

Puisque la qualité du métal en fusion est un aspect essentiel de la qualité des produits finis des fonderies et des centres de coulées, il est important que les classes mondiales d'opérations établissent des normes de mesure de la qualité du métal. Depuis des dizaines d'années et aujourd'hui encore, la propreté du métal a été largement supervisée en utilisant l'analyse métallographique des échantillons solidifiés. Ces échantillons peuvent être ou ne pas être filtrés.

Une série de quatre-vingt neuf expériences a été conduite (utilisant une charge de 25 kg de matériel d'alliage frais à chaque expérience). La chambre de pression et le creuset de filtration de l'appareil Prefil sont chauffés à environ 300-350°C, afin de réduire la perte de chaleur lors du transfert du métal liquide du creuset de métal en fusion jusqu'au creuset de filtration. Aussi, la température de filtration devrait être suffisamment élevée de façon à éviter que ne se produise une sédimentation des inclusions dans la louche lors du transfert.

Des échantillons Prefil contenant la partie de métal non filtrée (environ 5 mm d'épaisseur) en contact avec le filtre, ont été sectionnée, montée sur du Bakélite et polis pour fins d'examen métallographique. Les échantillons polis ont été examinés au microscope optique afin d'identifier les inclusions obtenues dans chaque cas. Le comptage des inclusions a été effectué utilisant la méthode du maillage. Les types et concentrations d'inclusions de même que les films d'oxyde produits dans ces alliages avant coulée ont été déterminés.

Il appert que les principales inclusions dans ces alliages sont AI4C3, MgO et MgAl2O4 et des oxydes dispersés. La génération de films d'oxydes - associée avec l'usage de l'agitation mécanique pour dissoudre l'affineur de grain et/ou les additions de modificateur au métal en fusion - peut être évitée en utilisant le dégazage. Les résultats du Prefil démontrent qu'un temps de maintien prolongé et l'agitation du métal jouent un rôle significatif en augmentant la quantité d'inclusions dans le métal en fusion. Le dégazage utilisant de l'argon sec injecté au métal liquide à travers une roue motrice (vitesse 160 rpm) semble être la meilleure technique pour l'enlèvement des inclusions. Dans le cas des additions d'affineur de grain, le traitement de dégazage tend à augmenter la quantité d'inclusions de TiB2.