La coulée centrifuge est un processus de fabrication qui utilise la force centrifuge pour distribuer du métal fondu ou d'autres matériaux dans un moule. Cette technique est largement utilisée dans diverses industries en raison de sa capacité à produire des pièces moulées de haute qualité avec d'excellentes propriétés mécaniques et une précision dimensionnelle. En ce qui concerne l'application de la coulée centrifuge, il existe des différences significatives entre les matériaux ferreux et non ferreux. En tant que fournisseur de matériaux appliqués à la distribution centrifuge, j'ai été témoin de ces différences de première main et je les élaborerai sur ce blog.
Propriétés physiques et chimiques
Matériaux ferreux
Les matériaux ferreux, principalement des alliages à base de fer tels que l'acier et la fonte, ont des points de fusion élevés. Par exemple, le point de fusion du fer pur est d'environ 1538 ° C, et différents grades d'acier ont des points de fusion dans la plage de 1400 à 1540 ° C selon leurs éléments d'alliage. Ce point de fusion élevé nécessite que l'équipement de coulée centrifuge résiste à des températures extrêmement élevées. Les matériaux de moisissure utilisés pour les matériaux ferreux doivent être capables de résister aux chocs thermiques et à la corrosion à haute température.
En termes de propriétés chimiques, les matériaux ferreux sont sujets à l'oxydation. Pendant le processus de coulée centrifuge, s'il n'est pas correctement protégé, le métal ferreux fondu peut réagir avec l'oxygène dans l'air pour former des oxydes. Ces oxydes peuvent provoquer des défauts dans la coulée, comme les inclusions et la porosité. Par conséquent, une atmosphère protectrice ou des agents désoxydants sont souvent utilisés pour prévenir l'oxydation.
Matériaux non ferreux
Les matériaux non ferreux comprennent des métaux tels que l'aluminium, le cuivre et le magnésium. Ces matériaux ont généralement des points de fusion plus faibles par rapport aux matériaux ferreux. Par exemple, le point de fusion de l'aluminium est d'environ 660 ° C et celui du cuivre est d'environ 1085 ° C. Les points de fusion inférieurs rendent le processus de coulée moins en énergie et permettent d'utiliser une gamme plus large de matériaux de moisissure.
Les matériaux non ferreux ont également des réactivités chimiques différentes. L'aluminium, par exemple, a une forte affinité pour l'oxygène et forme une fine couche d'oxyde à sa surface. Cependant, cette couche d'oxyde peut être gérée différemment pendant le processus de coulée. Le magnésium est très réactif et nécessite une manipulation spéciale pour empêcher la combustion pendant la fusion et la coulée.
Procédé de casting
Conception de moisissure
Pour les matériaux ferreux, la conception de la moisissure doit tenir compte du taux de retrait élevé pendant la solidification. Les alliages ferreux ont généralement un changement de volume relativement important lorsqu'ils se transforment du liquide à l'état solide. Cela nécessite que le moule ait des élévateurs et des systèmes de déclenchement appropriés pour assurer une bonne alimentation du métal fondu et compenser le retrait.
En revanche, les matériaux non ferreux ont généralement des taux de retrait plus faibles. Par exemple, les alliages en aluminium ont un taux de rétrécissement d'environ 1 à 2%, tandis que certains alliages ferreux peuvent avoir des taux de rétrécissement de 2 à 5%. En conséquence, la conception de moisissure pour les matériaux non ferreux peut être plus flexible et les systèmes de déclenchement et de colonne montante peuvent être plus simples.
Exigences de force centrifuge
La force centrifuge requise pour la coulée dépend de la densité du matériau. Les matériaux ferreux sont généralement plus denses que les matériaux non ferreux. Par exemple, la densité de l'acier est d'environ 7,85 g / cm³, tandis que la densité de l'aluminium est d'environ 2,7 g / cm³. Pour obtenir une distribution appropriée du métal fondu dans le moule, des forces centrifuges plus élevées sont souvent nécessaires pour les matériaux ferreux.
La vitesse de rotation de la machine à mouler centrifuge est ajustée en fonction du matériau en cours de coulée. Pour les matériaux ferreux, des vitesses de rotation plus élevées sont généralement utilisées pour générer la force centrifuge nécessaire. Les matériaux non ferreux peuvent nécessiter des vitesses de rotation plus faibles, ce qui peut réduire l'usure sur l'équipement de coulée.
Qualité et propriétés des pièces moulées
Propriétés mécaniques
Les moulages ferreux sont connus pour leur résistance élevée et leur dureté. Les moulages en acier, par exemple, peuvent avoir des limites d'élasticité allant de 200 à 1000 MPa en fonction de leur composition et de leur traitement thermique. La fonte a une bonne résistance à l'usure et une capacité d'amortissement. Ces propriétés font des moulages ferreux adaptés aux applications en machines lourdes, en moteurs automobiles et en construction.
Les moulages non ferreux, en revanche, ont des profils de propriété mécanique différents. Les pièces moulées en aluminium sont légères et ont une bonne résistance à la corrosion. Ils sont couramment utilisés dans les industries aérospatiales et automobiles pour les composants où la réduction du poids est cruciale. Les pièces moulées en cuivre ont une excellente conductivité électrique et thermique, ce qui les rend idéales pour les applications électriques.
Finition de surface
La finition de surface des pièces moulées ferreuses et non ferreuses peut également différer. Les moulages ferreux peuvent avoir une surface plus rugueuse en raison du processus de moulage à haute température et de la présence d'oxydes. Un usinage ou un traitement de surface supplémentaire peut être nécessaire pour atteindre la qualité de surface souhaitée.
Les pièces moulées non ferreuses, en particulier celles en aluminium et en magnésium, peuvent avoir une finition de surface plus lisse. Cela est dû à leurs points de fusion inférieurs et à la capacité d'utiliser des matériaux de moisissure plus raffinés.
Applications
Moulages ferreux
Les moulages ferreux sont largement utilisés dans les industries où une forte résistance et une durabilité sont nécessaires. Dans l'industrie automobile, les blocs de moteur, les vileliers et les composants de transmission sont souvent en fonte ou en acier. Dans l'industrie de la construction, des moulages ferreux sont utilisés pour des éléments structurels tels que les colonnes et les poutres.
Castings non ferreux
Les moulages non ferreux trouvent que des applications dans les industries où des propriétés spécifiques telles que le poids léger, la résistance à la corrosion ou la conductivité électrique sont nécessaires. L'industrie aérospatiale utilise des pièces moulées en aluminium et en magnésium pour les composants des avions afin de réduire le poids et d'améliorer l'efficacité énergétique. L'industrie de l'électronique s'appuie sur les pièces moulées en cuivre pour les connecteurs électriques et les dissipateurs de chaleur.
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Références
- Campbell, J. (2003). Castings. Butterworth - Heinemann.
-Asm Comité du manuel. (2008). ASM Handbook Volume 15: Casting. ASM International. - Kalpakjian, S., et Schmid, Sr (2013). Ingénierie et technologie de fabrication. Pearson.