Le moulage sous pression par gravité est un procédé couramment utilisé dans le domaine de la fonderie. Avant de se lancer dans un projet de moulage, le choix des matériaux constitue souvent l'un des premiers défis à relever. Quels sont les matériaux adaptés au moulage sous pression par gravité ?
Aujourd'hui, nous allons nous intéresser aux propriétés des matériaux et aux applications de divers alliages d'aluminium adaptés au moulage sous pression par gravité.
Alliages d'aluminium et de silicium destinés au moulage sous pression par gravité
La plupart des alliages d'aluminium couramment utilisés dans le moulage sous pression par gravité appartiennent à la famille des alliages d'aluminium-silicium. La raison pour laquelle ces matériaux sont adaptés au moulage sous pression par gravité réside principalement dans les performances de moulage apportées par le silicium.
Le silicium peut améliorer la fluidité de l'aluminium fondu, ce qui permet au métal liquide de remplir plus facilement le moule métallique. Dans le moulage sous pression par gravité, qui repose sur le poids du métal fondu lui-même pour remplir le moule, la fluidité est très importante. Si le matériau ne présente pas une fluidité suffisante, les zones à parois minces, les nervures, les angles ou les parties les plus éloignées sont plus susceptibles de présenter des défauts de coulée, des retassures ou des profils incomplets.
Bien que les alliages d'aluminium-silicium présentent une bonne fluidité et une bonne aptitude au moulage, les pièces présentant des variations d'épaisseur de paroi marquées ou nécessitant un usinage ultérieur plus poussé peuvent néanmoins présenter une alimentation insuffisante lors de la solidification, une porosité de retrait interne ou des défauts mis en évidence après usinage.
Parmi les alliages d'aluminium-silicium, certaines nuances contiennent également du magnésium, formant ainsi des alliages d'aluminium moulé à base d'aluminium-silicium-magnésium, tels que les nuances A356, A357, LM25, ZL101A et ZL104. Le rôle du magnésium n'est pas d'améliorer la fluidité, mais d'optimiser la réponse du matériau au traitement thermique. Après un traitement thermique approprié, ces alliages d'aluminium peuvent présenter une meilleure résistance, une meilleure dureté et une meilleure stabilité dimensionnelle.
Propriétés et applications des granulats
Le choix des alliages d'aluminium pour le moulage sous pression par gravité dépend généralement de la résistance, de la ténacité, de l'étanchéité à la pression, de la stabilité dimensionnelle, des exigences d'usinage et de l'objectif de coût de la pièce. Différentes nuances conviennent à différentes conditions de travail, et il n'existe pas de matériau universel.
En fonction des exigences de performance et des cas d'utilisation des pièces industrielles courantes, les alliages d'aluminium couramment utilisés pour le moulage sous pression par gravité peuvent être classés dans les catégories suivantes.
A356 / A357 : Alliages d'aluminium courants pour les pièces moulées sous pression à haute performance
Pour les pièces moulées par gravité qui exigent une résistance, une ténacité et une stabilité relativement élevées, les alliages A356 et A357 constituent des choix représentatifs parmi les alliages d'aluminium-silicium-magnésium.
A356 Il présente de bonnes performances de moulage, une bonne résistance à la corrosion et une bonne réactivité au traitement thermique. Après un traitement thermique T6, sa résistance à la traction peut généralement dépasser 240 MPa, sa limite d'élasticité peut dépasser 180 MPa et son allongement peut atteindre 8%–9%. Il convient à la fabrication de jantes automobiles, de pièces de suspension, de carters de moteurs pour véhicules électriques, de pièces structurelles de bras robotiques, de corps de vannes haute pression et d’autres produits.
L'A357 peut être considéré comme une version haute performance de l'A356. Il présente une plus grande pureté du matériau, et sa résistance à la traction à l'état T6 peut dépasser 350 MPa. Il est particulièrement adapté aux pièces structurelles destinées à l'aérospatiale ainsi qu'à d'autres pièces industrielles soumises à des exigences élevées en matière de résistance, de ténacité et de fiabilité.
Il convient de noter que les nuances A356 et A357 imposent des exigences plus strictes en matière de traitement thermique. Les paramètres de traitement de mise en solution, de trempe et de vieillissement doivent être strictement contrôlés. Pour les roues, les pièces à parois épaisses ou les structures présentant des points chauds locaux évidents, les cavités de retrait, la porosité de retrait et autres défauts internes doivent également être maîtrisés pendant le processus de moulage sous pression par gravité.
ZL104 : un alliage d'aluminium alliant stabilité dimensionnelle et résistance structurelle
Pour les pièces moulées par gravité présentant des formes complexes et devant répondre à des exigences de précision dimensionnelle et d'étanchéité à la pression, le ZL104 est un matériau qui mérite d'être pris en considération.
ZL104, également connu sous le nom de ZAlSi9Mg, est un alliage d'aluminium moulé à base d'aluminium, de silicium, de magnésium et de manganèse, conforme à la norme nationale chinoise. Il présente de bonnes performances de moulage, un faible retrait linéaire, une faible tendance à la fissuration à chaud et une bonne étanchéité à la pression. Il convient aux pièces à parois minces, aux pièces structurelles complexes et aux pièces moulées en alliage d'aluminium de taille moyenne à grande.
En termes de performances, le ZL104 peut être renforcé par traitement thermique, et sa résistance est généralement supérieure à celle des alliages aluminium-silicium courants tels que le ZL101 et le ZL102. Après un traitement thermique T6, sa résistance à la traction peut généralement dépasser 230–240 MPa, et sa dureté peut dépasser 70 HB.
L'avantage du ZL104 réside dans sa bonne stabilité dimensionnelle. Les pièces sont moins susceptibles de présenter des déformations visibles lors d'une utilisation à long terme ou en cas de variations de température. C'est pourquoi il est couramment utilisé pour la fabrication de carters de pompes hydrauliques, de tuyaux d'admission de moteurs, de carters de vilebrequin, de culasses, de blocs-cylindres, de grandes pièces moulées de type caisson, de pièces marines, de composants d'engins de chantier et d'autres produits.
Il convient de noter que le ZL104 n'est pas adapté à une utilisation à long terme dans des conditions de travail supérieures à 200 °C. Par ailleurs, cet alliage présente une tendance marquée à absorber les gaz et est sujet à l'apparition de défauts de type « trous d'épingle ». Lors de la fusion et de la coulée, il convient de procéder correctement à l'affinage et au dégazage, et de contrôler la fluidité du métal en fusion.
LM25 / ZL101A : des choix fiables pour les pièces moulées par gravité dans l'industrie traditionnelle
Pour les pièces moulées par gravité à usage industriel qui ne nécessitent pas de performances exceptionnelles, mais qui requièrent des matériaux éprouvés et fiables ainsi que des coûts maîtrisables, les nuances LM25 et ZL101A constituent des choix relativement sûrs.
Le LM25 est une nuance d'alliage d'aluminium moulé couramment utilisée dans la norme britannique BS 1490, tandis que le ZL101A est un alliage aluminium-silicium-magnésium amélioré largement utilisé dans la norme nationale chinoise. Tous deux font partie des alliages Al-Si-Mg traitables thermiquement et allient de bonnes performances de moulage, une bonne résistance à la corrosion et une bonne aptitude à l'ingénierie.
Les avantages du LM25 résident dans son procédé de fabrication éprouvé, sa bonne résistance à la corrosion et sa stabilité d'utilisation. Il est couramment utilisé pour les carters automobiles, les corps de pompes, les pièces moulées pour le secteur maritime, les composants d'équipements alimentaires et les pièces structurelles générales. Le ZL101A peut être considéré comme une version améliorée et de haute qualité du ZL101. Sa composition et ses performances sont proches de celles de l'A356 ; il présente de bonnes performances de moulage, une bonne usinabilité et une bonne étanchéité à la pression. Il convient aux jantes automobiles, aux corps de pompes, aux carters, aux pièces moulées pour le secteur maritime et aux pièces structurelles des véhicules à énergie nouvelle.
En matière de choix des matériaux, le LM25 est plus adapté aux pièces industrielles classiques qui exigent une résistance à la corrosion, une stabilité des procédés et une maîtrise des coûts. Le ZL101A est quant à lui plus adapté aux pièces moulées en alliage d'aluminium soumises à des exigences plus élevées en termes de résistance mécanique, d'étanchéité à la pression, de qualité de la microstructure et de stabilité lors de l'usinage ultérieur.
Il convient de noter que la température de coulée du LM25 doit être contrôlée lors du moulage sous pression par gravité afin d’éviter une augmentation de la porosité et une diminution des propriétés mécaniques. Pour le ZL101A, il est nécessaire de contrôler la porosité de retrait, les piqûres et les inclusions d’oxyde. Pendant la fusion, l'affinage et le dégazage doivent être effectués correctement, et un écoulement régulier du métal en fusion doit être maintenu.
ADC12 / A380 : des alliages d'aluminium alternatifs offrant un bon compromis entre coût et moulabilité
Pour les pièces en alliage d'aluminium où l'accent est davantage mis sur la maîtrise des coûts, la complexité des formes et l'efficacité du formage, les alliages ADC12 et A380 peuvent être envisagés comme matériaux alternatifs à évaluer. Cependant, ils sont plus couramment utilisés dans le moulage sous haute pression. Lorsqu'ils sont utilisés dans des projets de moulage par gravité, leur adéquation doit être évaluée en fonction des exigences de performance et des risques de défauts.
Les alliages ADC12 et A380 appartiennent tous deux à la famille des alliages d'aluminium coulés Al-Si-Cu. Ils présentent une bonne fluidité et une bonne formabilité à la coulée, et conviennent à la fabrication de pièces en alliage d'aluminium présentant des structures complexes et d'importantes variations d'épaisseur de paroi. Ils sont couramment utilisés dans les secteurs de l'automobile, de la moto, de l'électronique et de l'électricité, des équipements de communication, des accessoires d'éclairage et des boîtiers mécaniques en général.
Il convient de noter que les alliages ADC12 et A380 présentent une teneur en cuivre relativement élevée et un allongement relativement faible. Leur plasticité, leur étanchéité à la pression et leur résistance à la corrosion dans certains environnements ne sont pas aussi bonnes que celles des alliages Al-Si-Mg tels que l’A356, le ZL101A et le ZL104. Pour les pièces soumises à la pression, les pièces structurelles critiques pour la sécurité ou les pièces moulées par moulage sous pression par gravité utilisées dans des environnements d'exploitation complexes et à long terme, il convient d'évaluer en premier lieu les matériaux les mieux adaptés au moulage sous pression par gravité.
MinHe Casting vous aide à trouver le matériau le mieux adapté
Des alliages haute performance tels que l'A356 et l'A357 aux applications stables du ZL104 et du ZL101A, en passant par des options économiques comme l'ADC12 et l'A380, chaque alliage d'aluminium est adapté à des structures de pièces et à des scénarios d'application spécifiques.
MinHe Casting propose des services de moulage sous pression par gravité d’alliages d’aluminium. Nous pouvons également analyser la charge subie par les pièces, la température de fonctionnement, l’étanchéité à la pression, la précision dimensionnelle, le traitement thermique, l’usinage CNC ultérieur et d’autres facteurs, en fonction des plans fournis par le client, des conditions d’utilisation et des objectifs de coût. Cela vous aide à choisir un alliage d’aluminium plus adapté et à réduire les risques de défauts et de performances insuffisantes liés à un mauvais choix de matériau.
