Quelles sont les causes des fissures dans l’acier moulé ?

L'apparition de fissures dans les pièces en acier moulé est un problème très courant et complexe, qui implique toute la chaîne de production, depuis la fusion, le processus de coulée jusqu'au traitement ultérieur. Les fissures sont essentiellement causées par des contraintes internes (principalement des contraintes thermiques et de retrait) dépassant la limite de résistance du matériau à cette température.

Habituellement, les fissures sont divisées en deux catégories : les fissures à chaud et les fissures à froid.

1. La fissuration à chaud se produit à un stade avancé ou peu de temps après la solidification de l'acier en fusion, lorsque le métal est dans un état de coexistence solide-liquide avec une faible résistance et plasticité. Température d'apparition : généralement proche de la ligne du solidus (environ 1300-1450°C). Caractéristiques : La section de fissure est gravement oxydée, apparaissant en noir ou en bleu, avec une forme tortueuse et irrégulière.

cause principale :

1. Conception structurelle des pièces moulées : des différences excessives d'épaisseur de paroi et des transitions inégales au niveau des connexions entraînent un refroidissement inégal et des contraintes thermiques importantes.

2. Conception déraisonnable du système de coulée : la carotte est trop concentrée ou mal positionnée, ce qui entraîne une surchauffe locale, qui finit par se solidifier à cet endroit.

Impossible de recevoir la compression et le support.

3. Mauvais retrait du moule/noyau en sable : La résistance du moule en sable est trop élevée, ce qui entrave son retrait libre pendant la solidification et le retrait de la coulée, entraînant une contrainte de traction et des fissures. C'est une raison très courante.

4. Composition chimique de l'alliage : teneur élevée en éléments nocifs tels que le soufre (S) et le phosphore (P) : ils forment des sulfures et des phosphures à bas point de fusion, formant des films minces liquides aux joints de grains, affaiblissant considérablement la force de liaison intergranulaire et sont des facteurs extrêmement importants conduisant à la fissuration thermique. Teneur en carbone (C) : avec une teneur élevée en carbone, la plage de températures de solidification s'élargit, les dendrites deviennent grossières et il existe une tendance accrue à la fissuration thermique. 5. Mauvaise utilisation de la colonne montante et du fer de refroidissement : si le col de la colonne montante est trop long ou trop court et que le fer de refroidissement n'est pas placé correctement, cela exacerbera un refroidissement inégal.

2. La fissuration à froid se produit une fois que la pièce moulée s'est complètement solidifiée et refroidie jusqu'à un état élastique, généralement à basse température inférieure à 600 ° C. Température d'apparition : température plus basse. Caractéristiques : La section de fissure est propre, avec un éclat métallique ou une légère couleur d'oxydation, et la fissure est relativement droite et continue en forme de ligne droite.

cause principale :

1. Contrainte de coulée excessive : Contrainte thermique : causée par des vitesses de refroidissement incohérentes de diverses parties de la pièce moulée. Contrainte de retrait : obstacles mécaniques au retrait de la coulée causés par les moules, les noyaux de sable, les systèmes de carottes et les butées de boîte. Contrainte de transformation : contrainte générée par le changement de volume spécifique pendant le processus de refroidissement lorsqu'il y a une transformation structurelle (telle que l'austénite se transformant en martensite).

2. Qualité métallurgique de l'acier : Une teneur élevée en gaz, en particulier en hydrogène (H), peut provoquer une « fissuration induite par l'hydrogène » et réduire la ténacité du matériau. Il existe de nombreuses inclusions non métalliques : en tant que points de concentration de contraintes, les inclusions peuvent réduire considérablement la résistance et la résistance aux fissures des matériaux.

3. Ponçage prématuré pendant le boxage : la pièce moulée n'est pas encore refroidie à une température suffisamment basse et la contrainte interne n'est pas complètement éliminée avant que des vibrations et un ponçage prématurés puissent facilement provoquer des fissures à froid.

4. Processus de traitement thermique inapproprié : taux de chauffage ou de refroidissement excessif : en particulier pendant le traitement de recuit et de normalisation, si le chauffage ou le refroidissement est inégal, cela générera une énorme contrainte de traitement thermique, qui se superposera à la contrainte de coulée d'origine et provoquera des fissures.

Fissure de trempe : Il s'agit d'une forme particulière de fissuration à froid, qui forme une martensite de haute dureté en raison du taux de refroidissement rapide de la trempe, accompagnée d'énormes contraintes structurelles, la rendant très facile à fissurer.

Résumé et idées de solutions

Lorsque des fissures sont détectées dans des pièces en acier moulé, les raisons doivent être systématiquement recherchées sous les aspects suivants :

1. Composition chimique : Contrôlez strictement la teneur en éléments nocifs tels que S et P.

2. Processus de fusion : Des méthodes de raffinage sont utilisées pour réduire la teneur en gaz et en inclusions dans l’acier fondu. 3. Structure de coulée : optimisez la conception pour éviter les changements brusques d’épaisseur de paroi et utilisez des transitions arrondies.

4. Processus de coulée : système de carottes de coulée et de colonne montante : raisonnablement conçu pour obtenir une solidification séquentielle ou une solidification simultanée, en évitant une surchauffe locale. Sable de moulage/sable de noyau : Garantir un rendement et une pliabilité suffisants. Fer froid et colonne montante : Utilisation appropriée pour contrôler la séquence de refroidissement.

5. Enlèvement du sable et nettoyage : assurez-vous que les pièces moulées sont refroidies à une température suffisamment basse (par exemple en dessous de 400 °C) dans le moule en sable avant la mise en boîte. Lors de la découpe des colonnes montantes et des réparations par soudage, il faut également éviter de générer de nouvelles contraintes.

6. Processus de traitement thermique : Élaborer des spécifications raisonnables de traitement thermique, en particulier contrôler les taux de chauffage et de refroidissement. Pour les pièces complexes ou les pièces en acier fortement allié, adoptez une méthode de chauffage par étapes et de refroidissement lent.

Pour déterminer avec précision la cause spécifique, il est souvent nécessaire de combiner une analyse morphologique macroscopique et microscopique des fissures (examen métallographique), un examen du processus et une analyse de la composition chimique pour porter un jugement complet.