Moulage en coquille par gravité – Solidification optimisée par sonication

Les ultrasons offrent une voie évolutive et économe en énergie pour optimiser la microstructure des métaux coulés par gravité – en conciliant l’économie de la fonderie et les exigences de haute performance. Dans le moulage en coquille par gravité, la maîtrise de la solidification est essentielle à l’obtention de composants métalliques hautes performances. La sonication des métaux en fusion pendant la solidification constitue une méthode d’affinage puissante et non chimique qui améliore la qualité de coulée au niveau microstructural. La solidification assistée par ultrasons favorise la nucléation hétérogène, perturbe les structures dendritiques et homogénéise la répartition de la température et des solutés dans le bain de fusion.

Solidification des métaux en fusion favorisée par ultrasons

Le traitement par ultrasons des métaux en fusion pendant la solidification constitue une méthode d’affinage puissante et non chimique qui améliore la qualité de coulée au niveau microstructural. L’introduction de vibrations ultrasonores de haute intensité dans le bain de fusion induit une cavitation acoustique et des courants acoustiques. Ces phénomènes favorisent la nucléation hétérogène, perturbent les structures dendritiques et homogénéisent la répartition de la température et des solutés dans le bain de fusion.
Par conséquent, la solidification assistée par ultrasons conduit à une structure de grains nettement plus fine et plus uniforme, à une ségrégation réduite et à de meilleures propriétés mécaniques telles que la résistance, la ductilité et la résistance à la fatigue. En particulier dans le moulage en coquille par gravité, où les zones des masselottes sont sujettes à une solidification tardive et aux défauts qui y sont associés, l’application ciblée d’ultrasons peut améliorer localement la cinétique de solidification et produire des composants structurellement supérieurs.

Défis métallurgiques et solidification par ultrasons comme solution

Des recherches récentes de Riedel et al. (2019) ont montré que l’intégration des ultrasons pendant la phase de solidification de la coulée d’aluminium affine considérablement la structure des grains et améliore les propriétés mécaniques locales. Avec les sondes à ultrasons de Hielscher, spécialement conçues pour l’immersion dans le métal en fusion, la solidification par ultrasons constitue une solution robuste pour un moulage en coquille amélioré.
Le moulage en coquille par gravité des alliages d’aluminium – en particulier AlSi7Mg0.3 (A356) – est largement utilisé dans les secteurs automobile et aérospatial. Cependant, les zones proches des masselottes se solidifient souvent en dernier, ce qui entraîne des microstructures plus grossières en raison de vitesses de refroidissement plus lentes. Il en résulte des propriétés mécaniques inférieures dans ces zones, ce qui réduit l’intégrité globale du composant et complique l’usinage en aval.
Les méthodes traditionnelles pour y remédier – telles que les affineurs de grain chimiques (par ex. les alliages mères Al-Ti-B), le refroidissement renforcé et l’optimisation de la conception des moules – ont leurs limites. Elles ne parviennent souvent pas à obtenir une microstructure uniforme dans l’ensemble de la pièce coulée et peuvent introduire des impuretés ou nécessiter des apports d’énergie élevés.

La solidification assistée par ultrasons de l’aluminium en fusion conduit à une amélioration progressive et à une répartition plus homogène des propriétés mécaniques, ainsi qu’à une augmentation globale de la résistance à la traction.

Solidification par ultrasons

• Jusqu’à 30 % de réduction de l’espacement des bras dendritiques (DAS) dans les zones adjacentes aux masselottes.
• Augmentation significative de la dureté et de la résistance à la traction, en particulier dans les régions auparavant faibles.
• Meilleure isotropie des propriétés mécaniques, permettant des conceptions à parois plus minces sans sacrifier les performances.

Sondes à ultrasons hautes performances pour le moulage en coquille

Hielscher propose des processeurs à ultrasons hautes performances équipés de sonotrodes en céramique spécialement développées. Ces sondes à ultrasons en céramique de conception spéciale conviennent à une sonication continue à haute température, et une rallonge refroidie protège le transducteur contre les dommages thermiques.
Ces sonotrodes sont :

• Thermiquement stables au-delà de 700°C
• Résistantes à la cavitation, minimisant l’érosion et la contamination
• Personnalisables pour une intégration dans la masselotte ou le noyau des moules de coulée

Leur conception compacte permet leur installation a posteriori sur des installations de moulage en coquille existantes, ouvrant la voie à un nouveau niveau de maîtrise et de répétabilité des procédés dans la fonderie d’aluminium.

Le traitement de solidification par ultrasons avec les équipements industriels Hielscher fait de cette méthode un outil puissant pour :

• Réduire les défauts de coulée
• Améliorer la fiabilité mécanique
• Réduire les coûts de post-traitement

Le tableau ci-dessous présente nos processeurs à ultrasons adaptés au moulage en coquille par gravité :

Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

Les ultrasonicateurs Hielscher sont réputés pour leurs normes de qualité et de conception les plus élevées. Leur robustesse et leur facilité d’utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasonicateurs dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasonicateurs Hielscher.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO qui accorde une importance particulière aux ultrasonicateurs hautes performances alliant technologie de pointe et convivialité. Bien entendu, les ultrasonicateurs Hielscher sont conformes CE et répondent aux exigences UL, CSA et RoHs.