Connaissance du moulage de précision en acier inoxydable 304 et 316 et du procédé de sol de silice
Dans le domaine de la fonderie de précision, les aciers inoxydables 304 et 316 font partie des aciers inoxydables austénitiques les plus utilisés en raison de leur excellente résistance à la corrosion, de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur rentabilité globale-. Ils sont généralement utilisés pour produire des pièces moulées de précision de forme complexe-et à surface lisse-via le processus de construction Silica Sol Shell-dans le cadre du moulage de précision, trouvant des applications dans les vannes de pompes chimiques, les machines alimentaires, les dispositifs médicaux et le matériel architectural.
I. Caractéristiques de moulage de l'acier inoxydable 304 et 316
Bien que le 304 et le 316 soient tous deux réputés pour leur excellente résistance à la corrosion, leurs différences de composition ont un impact direct sur leurs performances de coulée et leurs applications finales.
· Acier inoxydable 304 : sa composition typique est C inférieur ou égal à 0,08 %, Cr 18-20 %, Ni 8-10,5 %. C'est l'acier inoxydable « entrée de gamme » de référence, offrant une bonne résistance à la corrosion (à l'atmosphère, à l'eau douce et à la plupart des acides organiques) et une bonne coulabilité. Pendant la coulée, sa plage de températures de solidification est relativement large, conduisant à une tendance à une « solidification pâteuse », ce qui la rend sujette à une porosité de retrait interdendritique. Par conséquent, cela impose des exigences plus élevées en matière de conception des processus.
· Acier inoxydable 316 : En tant que mise à niveau vers le 304, sa différence la plus cruciale est l'ajout de 2 à 3 % de molybdène (Mo). Cet élément améliore considérablement sa résistance à la corrosion par piqûres et fissures dans les environnements chlorés (par exemple, eau de mer, saumure). Sa composition typique est C inférieur ou égal à 0,08 %, Cr 16-18 %, Ni 10-14 %, Mo 2-3 %. L'ajout de molybdène augmente légèrement la viscosité de la matière fondue et peut exacerber la microségrégation lors de la coulée. Cependant, sa résistance supérieure à la corrosion en fait le choix privilégié pour les environnements difficiles.
Défis et contre-mesures courants en matière de casting :
1. Oxydation et inclusions de scories : Le chrome présent dans l'acier fondu s'oxyde facilement pour former un film de Cr₂O₃, qui peut rester piégé dans la pièce moulée sous forme d'inclusions de scories. Les contre-mesures comprennent une fusion rapide, une protection contre l'argon et l'incorporation de pièges à scories efficaces dans la conception du système de contrôle.
2. Tendance à la déchirure à chaud : les aciers inoxydables austénitiques ont une mauvaise conductivité thermique et un retrait linéaire élevé, ce qui les rend sensibles aux déchirures à chaud aux jonctions entre les sections épaisses et minces ou aux points chauds. Cela nécessite une conception rationnelle des portes et des colonnes montantes et des taux de refroidissement contrôlés pour atténuer les contraintes thermiques.
3. Porosité de retrait : En raison de la large plage de températures de solidification, l’alimentation est difficile. Il est essentiel de respecter le principe de solidification directionnelle, en utilisant des refroidisseurs ou des colonnes montantes isolantes pour guider la solidification du métal séquentiellement depuis les points les plus éloignés de la coulée vers la colonne montante, en garantissant des canaux d'alimentation ouverts.
II. Le processus de construction de Silica Sol Shell- : clé pour obtenir des surfaces de précision
Le procédé au sol de silice est actuellement la méthode de fabrication de moules la plus courante-pour produire des pièces moulées en acier inoxydable 304/316 de haute-qualité. Son cœur réside dans la construction d’une coque en céramique offrant une résistance, une stabilité et une précision de réplication élevées.
Flux de processus détaillé :
1. Assemblage du motif :
· Les modèles en cire, identiques à la forme finale de la pièce, sont injectés à l'aide de moules en aluminium.
· Ces modèles sont ensuite assemblés sur un système central de passage de cire (tasse de coulée, carottes, canaux) pour former un « cluster » ou un « arbre » pour la production par lots.
2. Stuc de la couche primaire (face) (étape la plus critique) :
· Sol de silice : utilisé comme liant, il s'agit d'une suspension colloïdale de particules de SiO₂ de taille nanométrique dans de l'eau ou un solvant, connue pour être non-toxique et respectueuse de l'environnement.
· Matériau réfractaire : La couche primaire utilise généralement de la farine de zircon très fine (ZrSiO₄) ou de la farine d'alumine (Al₂O₃). Ceux-ci offrent un caractère réfractaire élevé, une faible dilatation thermique et reproduisent des surfaces de coulée très lisses.
· Fonctionnement : le cluster est immergé dans la suspension de farine de sol de silice -préparée en zircone, assurant une couverture complète. Après avoir égoutté l'excès de coulis, un stucage est immédiatement effectué. La couche primaire est généralement stuquée avec du sable de zircone à grains fins-ou du sable de silice fondue pour renforcer le revêtement et obtenir une texture de surface fine.
3. Séchage et durcissement :
· Le durcissement du sol de silice est un processus de séchage physique. Dans un environnement contrôlé (par exemple, température 23 ± 2 degrés, humidité 40 - 60 %), l'eau s'évapore lentement et uniformément du revêtement. Au fur et à mesure que l'eau s'évapore, les particules nano-SiO₂ se rapprochent et forment de puissants réseaux de siloxane (Si-O-Si) via la condensation de groupes silanols (-SiOH), liant ainsi étroitement les agrégats réfractaires. La couche primaire nécessite un temps de séchage suffisamment long (souvent plusieurs heures) pour garantir un durcissement complet et sans fissures.
4. Couche de secours-en stuc :
· Une fois la couche primaire complètement durcie, le processus de trempage et de stucage est répété. Les couches de secours utilisent toujours du sol de silice comme liant, mais optent pour des réfractaires plus rentables-comme la farine et le sable de mullite ou de chamotte. La granulométrie du sable inc.
