La technique de coulée à modèle perdu est largement utilisée pour la fonderie d'aluminium, de cuivre et de fer, mais son application à la fonderie d'acier reste relativement limitée. En raison de la température élevée de coulée de l'acier en fusion, les produits de pyrolyse des modèles en mousse réagissent facilement avec ce dernier. Une mauvaise évacuation des gaz peut engendrer des défauts tels que la porosité, la carburation et l'hydrogénation, la porosité étant le défaut de qualité le plus fréquent des pièces moulées en acier par la technique de coulée à modèle perdu. Afin d'optimiser les procédés de production et d'améliorer la qualité des pièces moulées, notre entreprise a mené une analyse ciblée des défauts de porosité et a mis au point un ensemble complet de procédures normalisées de prévention et de contrôle.

I. Principales causes des défauts de porosité dans les pièces moulées en acier

1. Porosité invasive (type de défaut dominant)

   (1) Une vitesse de remplissage trop rapide et un temps de coulée trop court empêchent la vaporisation complète des motifs de mousse. Les produits de pyrolyse liquide sont encapsulés dans l'acier en fusion et forment des porosités après solidification de la coulée.

   (2) La température élevée de coulée de l'acier provoque une production massive et instantanée de gaz à partir des motifs de mousse et une forte augmentation de la pression dans la cavité. Le gaz ne peut être évacué rapidement et le remplissage turbulent de l'acier en fusion aggrave encore le phénomène d'emprisonnement du gaz.

   (3) Un procédé de collage inadéquat du motif entraîne une porosité concentrée. L'adhésif, caractérisé par une température de vaporisation élevée et une faible vitesse de vaporisation, est facilement enrobé par l'acier en fusion et génère continuellement du gaz lors du refroidissement. Les assemblages mécaniques, quant à eux, ne présentent pas de tels défauts.

   (4) Un excès d'humidité dans le système de production induit de la porosité, notamment une humidité de revêtement incomplètement séchée ou réabsorbée, des modèles de mousse insuffisamment séchés et un sable de moulage humide. L'humidité s'évapore rapidement à haute température et forme des pores gazeux.

2. Porosité précipitée

   Lors de la fusion, l'acier en fusion absorbe de la vapeur d'eau qui se décompose en atomes d'hydrogène à haute température et se dissout dans l'acier. Lors de la solidification, les atomes d'hydrogène se recombinent en bulles d'hydrogène qui ne peuvent s'échapper. Il se forme ainsi de nombreux pores diffus et minuscules aux parois internes lisses et à l'éclat métallique.

II. Mesures de prévention et de contrôle optimisées

1. Réduire la production de gaz et ralentir le débit de libération de gaz

   Des mousses à faible densité (norme interne : 0,018 à 0,020 g/cm³) sont utilisées pour garantir la résistance du modèle. Des structures creuses sont employées pour les canaux de coulée, les masselottes et les parties épaisses de la pièce. Le système d’alimentation est optimisé par la réduction de la taille de l’orifice de coulée de 20 mm × 15 mm à 15 mm × 15 mm, ce qui porte le temps de coulée à environ 20 secondes. La vitesse de remplissage réduite assure l’évacuation complète des gaz de pyrolyse.

2. Optimisation du processus de liaison pour une faible génération de gaz

   La consommation d'adhésif est strictement contrôlée. Le formage monobloc des pièces moulées et des masselottes est privilégié. L'assemblage par emboîtement, la fixation par clous en acier ou le collage composite et l'assemblage par clous sont utilisés pour éliminer les défauts gazeux dus à une utilisation excessive d'adhésif.

3. Amélioration de la formule du revêtement et renforcement du contrôle du séchage

   Un revêtement résistant aux hautes températures, offrant une excellente perméabilité à l'air et une grande solidité, a été sélectionné. Son épaisseur est maintenue constante entre 0,5 et 1 mm. Une application uniforme et un séchage complet sont indispensables, et les pièces sèches doivent être coulées rapidement afin d'éviter toute réabsorption d'humidité. Notre formule optimisée ajuste la granulométrie du sable de silice à 180 mesh, réduit le dosage de latex de 25 kg à 20 kg et augmente celui de cellulose de 4 kg à 5 kg. Ce revêtement amélioré présente une résistance accrue aux hautes températures et une meilleure perméabilité à l'air, sans risque de fissuration.

4. Équipez les colonnes montantes d'échappement pour une évacuation efficace des scories et des gaz.

   De petits collecteurs d'évacuation sont disposés aux angles morts et dans les zones supérieures où les produits de pyrolyse ont tendance à s'accumuler. De minuscules orifices d'évacuation sont percés dans le revêtement supérieur des collecteurs afin d'accélérer la vaporisation et l'évacuation des résidus liquides. Cette méthode élimine efficacement les inclusions de scories et les défauts de porosité et facilite le post-traitement des collecteurs.

5. Standardiser le processus de versement pour un remplissage stable

   La position de coulée est judicieusement choisie pour maintenir les principales surfaces de moulage verticales ou inclinées, assurant ainsi un remplissage stable. Les systèmes de coulée à fond fermé, par paliers ou latérale sont privilégiés. La température de coulée est maintenue au-dessus de 1 600 °C et le principe de coulée lente-rapide-lente est rigoureusement appliqué afin de garantir la vaporisation complète des motifs en mousse et l’évacuation totale des gaz.

6. Améliorer le dégazage de l'acier en fusion et contrôler strictement l'environnement de production

   Le décapage de la rouille est effectué sur les matériaux du four, et le temps de fusion à haute température est réduit. Le dosage du désoxydant d'aluminium est standardisé entre 0,04 % et 0,06 %. Du sable de moulage sec est utilisé, et la pression négative sous vide est maintenue stable entre 0,05 et 0,06 MPa afin de minimiser les risques de porosité.

Grâce à la mise en œuvre des mesures globales susmentionnées, non seulement le défaut de porosité des pièces en acier moulé a été fondamentalement résolu, mais le phénomène de cavité de retrait gazeux d'autres types de pièces en acier moulé a également été réduit, et le taux de rendement a atteint plus de 90 %.