Application d'un revêtement de sable à haute température sur des pièces en acier moulé de petite et moyenne taille

Résumé : Selon les caractéristiques du sable de film, cet article présente les problèmes de qualité rencontrés dans le sable de moulage d'acier produit par la société de l'auteur, analyse leurs causes et adopte diverses formules et procédés pour différentes situations pratiques afin que des pièces moulées en acier puissent être produites qui répondent aux exigences du procédé de sable de film, qui est particulièrement adapté à la coulée à la cire perdue de pièces moulées en acier.

Mots-clés : sable de film ; moulage d'acier ; moulage à la cire perdue ; moulage à la cire perdue

Les pièces en acier moulé présentent d'excellentes propriétés, telles que l'acier au carbone, l'acier faiblement allié, une résistance élevée, une ténacité élevée et de bonnes caractéristiques de moulage et de soudage. Les aciers spéciaux peuvent également résister à l'usure, à la chaleur, à la corrosion, aux basses températures et à d'autres conditions d'utilisation spécifiques. Par conséquent, les pièces en acier moulé sont largement utilisées dans les industries lourdes, minières, des transports, des centrales électriques, des machines, de l'aérospatiale et bien d'autres. Actuellement, compte tenu de la demande de pièces en acier moulé, principalement de pièces de moyenne et grande taille, et des exigences de production en série, les pièces de petite et moyenne taille sont relativement peu nombreuses, mais en grande quantité, et concernent des pièces de précision à parois minces et complexes, ce qui leur confère un rôle essentiel dans divers secteurs industriels.

Actuellement, la production de pièces moulées en acier de petite et moyenne taille fait appel à des procédés technologiques très variés, chacun présentant ses propres caractéristiques, ses avantages et ses inconvénients. Compte tenu du point de fusion élevé de l'acier moulé, de l'oxydation de l'acier liquide, de sa faible fluidité et du retrait, les pièces moulées sont sujettes à la sous-coulée, à la ségrégation à froid, au retrait et à l'affaiblissement, aux fissures et au sable, ainsi qu'à d'autres défauts de moulage, la recherche des meilleures pièces moulées en acier de petite et moyenne taille constitue une nécessité urgente pour les fondeurs du monde entier. En Chine, trois procédés de moulage sont utilisés : le sable argileux humide, le sable autopolymérisable à la résine et la méthode de fusion.

(1) Argile Sable humide

Le principal inconvénient du sable argileux humide réside dans sa faible résistance. Ce procédé de moulage peut donc facilement engendrer des défauts de moulage. Dessableurs, trous de sable, trous d'air, trous de retrait, accumulation de sable en surface, fissures, gonflements, etc., peuvent entraîner des défauts nécessitant un soudage et des coûts de nettoyage relativement élevés. Par conséquent, compte tenu de la situation mondiale, la production de pièces en acier à partir de sable argileux humide semble limitée, et encore plus avec les lignes de production de moulage automatique. Actuellement, le sable argileux humide est principalement utilisé pour la production de pièces en fonte.

(2) Sable résineux autopolymérisable

Depuis 1973, la Chine explore l'utilisation du sable autopolymérisable à base de résine furanique. Ce procédé de modélisation permet d'obtenir des pièces moulées d'une grande précision dimensionnelle et d'une excellente qualité de surface (précision dimensionnelle CT10 ~ 12, rugosité de surface Ra25 ~ 50 µm), d'un bon acheminement du noyau, d'un nettoyage aisé du sable de fonderie, d'une régénération aisée du sable sec usagé et d'un taux de réutilisation élevé (plus de 90 %), entre autres avantages. Actuellement, les pièces moulées en acier de grande et moyenne taille progressent et sont largement utilisées en Chine. Cependant, en raison du fort coefficient de dilatation thermique du sable résineux, son faible rendement à haute température entraîne une fissuration facile des pièces moulées en acier. Le liant contient du S, du N et d'autres éléments nocifs, ce qui peut facilement provoquer une carburation superficielle de l'acier moulé, une pénétration du soufre et des microfissures superficielles. Le dégazage important du sable entraîne des défauts de porosité ou de N dus à la porosité sous-cutanée. Le mélange, le modelage, le coulage et le nettoyage du sable produisent du SO2, du CO2 et d'autres gaz nocifs, polluant l'environnement de travail. Par conséquent, le procédé de moulage au sable utilisant de la résine furanique pour la production de pièces en acier moulé n'est pas idéal, en particulier pour la production de pompes, vannes, locomotives et pièces moulées en acier de petite et moyenne taille à parois minces et à structure complexe, ce qui est encore plus indésirable.

(3) Méthode de moulage à la cire perdue

Selon les exigences du produit et le procédé de production, la fonderie de précision se divise en deux catégories : la première utilise un matériau de moulage de haute qualité, un moule haute pression, une enveloppe en silice et en acétate d'éthyle silicate, un déparaffinage à la vapeur, une fusion et un coulage rapides sous atmosphère contrôlée ou sous vide, conformément au procédé international de fonderie en fusion. Elle permet de produire des pièces de précision CT4 à CT6, avec une rugosité de surface Ra0,8 à 6,3 µm, principalement utilisées pour la production d'aubes d'avions et de turbines à gaz, ainsi que d'autres pièces moulées de précision de haute qualité, notamment en acier inoxydable, acier faiblement allié, acier au carbone. Ce type de pièce moulée exige une technologie de pointe et des coûts de production plus élevés, et sa part est faible en Chine. La deuxième catégorie utilise un matériau de moulage en stéarate de paraffine de faible qualité, un moule basse pression, une enveloppe en verre soluble, un déparaffinage à l'eau chaude, une fusion et un coulage lents sous atmosphère contrôlée. Elle permet de produire des pièces de précision CT7 à CT9 et une rugosité de surface Ra2,5 à 25 µm, principalement utilisées pour les pièces en acier au carbone et en acier faiblement allié à faibles exigences de qualité. Grâce à un cycle de production plus court, à des prix bas des matières premières et des auxiliaires, et à des investissements en équipements réduits, ce procédé est largement utilisé dans les industries chinoises telles que les véhicules lourds, les tracteurs, les machines, les équipements métallurgiques, les machines-outils, les pompes et les vannes. Actuellement, il remplace le moulage en sable en Chine. Il s'agit de la principale méthode de modélisation pour remplacer le moulage en sable dans la production de petites pièces moulées en acier de précision et complexes en Chine. Cependant, il présente des inconvénients, notamment des surépaisseurs de traitement, une consommation d'énergie et de matières premières, un cycle de production long, une forte pollution environnementale et une faible efficacité de production.

Français Au vu de la production actuelle de moulage dans la production des trois types de production de procédés de moulage de petite précision ci-dessus, il existe certaines lacunes, les auteurs de cet article, selon la mobilité de la boîte à sable de résine furanique du noyau de la boîte chaude est faible, la mobilité de la boîte à sable du noyau de la boîte froide est bonne, mais la résistance hors de la boîte est faible, et ont proposé l'utilisation du procédé de moulage en coquille de sable revêtu de résine, pour produire des pièces moulées de procédé de moulage de petite précision.

Le moulage en coquille a été développé en Allemagne dans les années 1940, mais la recherche nationale est encore tardive. Comparé au moulage au sable classique, le moulage en coquille nécessite moins d'investissements en équipements, offre une production compacte et pratique, une grande efficacité, une utilisation réduite de sable, moins de poussière sur le site de production, moins de bruit et donc moins de pollution environnementale, des pièces moulées avec un excellent état de surface et une grande précision dimensionnelle. Dans l'industrie automobile chinoise, les pièces en fonte sont largement utilisées. Afin d'améliorer la résistance thermique du sable filmogène, la Chine a adopté des sables bruts spéciaux (tels que le sable de zircone, le sable de chromite, etc.) transformés en sable filmogène spécial pour répondre aux besoins de production. Cependant, le sable de zircon, le sable de chromite et d'autres ressources spéciales en sable brut sont rares, coûteux et dépendent des importations : de plus, la surface des pièces en acier moulé, en particulier lors de la coulée du trou (tête de noyau) à la surface et dans les coins, l'apparition de marques d'écoulement ou de défauts de moulage de peau ridée, qui affectent sérieusement la qualité de surface de la pièce moulée, limitant son application dans la production. Français Selon la température de coulée élevée, la faible fluidité du métal et le retrait important de coulée des petites pièces en acier moulé produites par du sable enrobé, nous avons modifié la résine phénolique pour améliorer sa résistance à la chaleur, améliorer ses propriétés thermiques en même temps, et ajouter des matériaux auxiliaires spéciaux pour ralentir la décomposition de la résine, inhiber la décomposition de la chaleur générée par le sable, pour améliorer encore la fluidité du sable enrobé, pour améliorer la résistance à haute température et sa stabilité, et pour maintenir un faible niveau de gaz, ainsi développé un sable enrobé spécial résistant aux hautes températures à base de sable de quartz, qui a d'excellentes performances à haute température et d'autres performances de coulée complètes, peut remplacer le sable enrobé de sable de zirconium coûteux pour produire une variété de petites pièces moulées en acier de précision complexes, réduisant considérablement le coût d'amélioration du rendement et de la qualité des pièces moulées. La résistance à la compression à haute température du sable enrobé résistant aux hautes températures est augmentée de 0,1 à 0,2 MPa à plus de 0,8 MPa, le temps de résistance à la chaleur est augmenté de 60 à 110 s à plus de 150 s, et la résistance à la traction à température ambiante est supérieure à 3,5 MPa, la résistance à la chaleur est supérieure à 2,0 MPa et la quantité de gazage est inférieure à 18 m1/g (voir tableau 1).