Brevet FR2135478A1 — publié le 19721222

La présente invention , due à la collaboration de Messieurs Jean-Paul FILLOD, Etienne MAUVEAUX et Guy MEYNET, concerne les procédés permettant de déterminer l'état de modification du silicium eutectique dans les alliages légers à base d'aluminium et de silicium. On sait que le traitement de modification des alliages aluminium-silicium effectué immédiatement après fusion ou bien dans un four de maintien consiste à introduire dans l'alliage liquide un flux contenant généralement un sel de sodium et dont la principale fonction est de modifier la structure du silicium eutectique en transformant des plaquettes ou aiguilles grossières réparties au hasard dans la solution solide en des particules très fines régulièrement réparties dans les espaces interdendritiques .Cette modification de la structure du silicium eutectique, qu'il ne faut pas confondre avec l'arSinage qui réside en une diminution de la dimension du grain, c'est-8-dire des grains de solution solide alpha, permet d'améliorer sensiblement les caractéristiques de fonderie et les caractéristiques mécaniques de l'alliage .Ce traitement étant essentiel pour obtenir des pièces coulées de bonne qualité et réduire au minimum le nombre de pièces dérectueuses ,on comprend qu'il est important de vérifier que la modification a bien été effectuée .Or le procédé de l'éprouvette de texture est en général d'une interprétation malaisée et devient impraticable lorsqu'on utilise des alliages contenant moins de 10% de silicium. Pour efrectuer un tel contrôle il faut utiliser, à l'heure actuelle, une technique métallographique, ce qui oblige à prélever un échantillon, à transporter cet échantillon jusqu'à un laboratoire d'analyses, où il est étudié, puis à transmettre les résultats à l'atelier de fonderie .Toutes ces opérations nécessitant un temps total important, on ne peut procéder qu'à des sondages périodiques, sans que les fondeurs aient la possibilité de-corriger éventuellement avant la coulée un alliage insuffisamment modifié. I1 en résulte une irrégularité dans la qualité des pièces coulées, et par conséquent un rebut relativement important Le but de cette invention est, par conséquent, de fournir un procédé qui permette de déterminer rapidement et simplement l'état de modification du silicium eutectique dans un alliage allfl 5nium- silicium, afin de remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus Elle a pour objet un procédé pour la détermination de l'état de modification du silicium eutectique dans un alliage léger à base d'aluminium et de silicium, pouvant contenir d'autres éléments d'alliage, tels que cuivre, magnésium, etc..., ce procédé étant caractérisé en ce qu'on prélève un échantillon de l'alliage en fusion, on établit sa courbe de refroidissement en fonction du temps , on détermine sur cette courbe de refroidissement la température du palier correspondant à la solidification de l'eu- tectique binaire et par comparaison avec une échelle étalon, on en déduit l'état de modification de l'alliage On utilise donc comme grandeur caractéristique de l'état de modification de l'alliage la température du palier de solidification de l'eutectique binaire aluminium-silicium dont la mesure peut être raite très rapidement et avec un matériel simple dans l'atelier de fonderie L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé dérini ci-dessus, dont les caractéristiques apparattront plus clairement dans la description qui va suivre faite en se référant au dessin annexé donnE uniquement à titre d'exemple, et sur lequel les Fig.l et 2 représentent des micrographies illustrant deux états du silicium eutectique dans un alliage aluminium-silicium, respectivement non modifié et modifié les Fig.3 et 4 sont deux graphiques montrant deux courbes de refroidissement d'un tel alliage, respectivement non modifié et modifié ; la Fig.5 est une vue schématique d'un dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. On sebornera,dans cette description,à l'étude d'un alliage désigné dans les normes AFNOR par le symbole AS 5 U Y , c 'est-à-dire un alliage contenant de 4 à 6,% de silicium et de 2 à 4,5% de cuivre, ainsi que d'autres éléments d'alliage en moindre quantité. Cet alliage est utilisé notamment pour la fabrication de culasses pour moteurs thermiques On peut voir sur la Fig.l une micrographie illustrant la structure d'un tel alliage, les zones plus foncées correspondant au silicium eutectique tandis que les zones claires correspondent à la solution solide alpha .Le silicium eutectique est sous la forme de plaquettes et d'aiguilles réparties de façon aléatoire dans la solution solide alpha et l'on conçoit que cette structure possède des zones de rupture préférentielle et n'est pas favorable à l'obtention de pièces de fonderie de bonne qualité, ce qui rend la mo- difdcation de ce silicium eutectique recommandable .Comme expliqué ci-dessus,cette modification est effectuée en ajoutant au bain d'alliage des flux spéciaux, notamment à base de sels de sodium, qui ont pour effet de modirier la structure du silicium eutectique .Cette modification de structure apparat clairement sur la Fig.2 : on peut voir sur cette Figure que les particules de silicium eutectique ont des dimensions beaucoup plus faibles et sont régulièrement réparties dans les espaces interdendritiques, ce qui assure au matériau une structure beaucoup plus régulière et une meilleure cohésion 8i l'on établit, conforément à l'invention, les courbes de refroidissement d'un alliage AS 5 U Y , respectivement à l'état non modifié et modifié, on obtient les graphiques représentés aux Fig.3 et 4 .Sur ces Figures, la partie A de la courbe correspond à l'alliage liquide , le palier B au début de solidification c'est-à-dire à la traversée du liquidus,la partie C à l'intervalle de solidification, le palier D à la solidification de lteuteetique binaire .On peut voir sur le graphique de la Fig.3 qui correspond à l'alliage non modifié, que le palier de température D correspondant à l'eutectique binaire aluminium-silicium, est obtenu à une température T1 qui est par exemple égale à 562 C. Par contre,pour ce mSme alliage modifié (Fig.4) , ce palier est abaissé à une température T2 qui est par exemple égale à 5480C .D'une façon générale, l'abaissement de ee point D est de l'ordre d'une dizaine de OC. On constate donc en comparant ces deux graphiques que la mesure de la température du palier de solidification de l'eutectique binaire donne un renseignement très précis sur l'état de modifiea- tion de l'alliage et que cette mesure peut,comme on va le voir ci-dessous,Stre effectuée très rapidement et très simplement dans un atelier de fonderie Pour cela, on utilise un dispositif de mesure représenté schématiquement à la Fig.5 et comprenant un potentiomètre enregistreur 1 et un thermocouple 2 placé à l'intérieur d'un creuset 3 en sable à noyau, ce thermocouple étant relié au potentiomètre par un cabale de compensation 4. A titre d'exemple, on indiquera que le creuset réalisé en sable à noyau est à peu près cylindrique et a un volume de l'ordre de 30 à 35 cm3 environ . Le thermocouple nickel chrome, nickel allié est nu et le creuset ne comporte aucun reveA tement interne, de façon à augmenter la sensibilité du dispositif. Le potentiomètre est adapté pour fonctionner sur une plage de température allant de 500 à 7000C, et la vitesse de défilement du graphique peut être de l'ordre de 900 mm/h . Ces diverses dispositions permettent de déterminer avec une précision satisfaisante la température du palier de solidification de l'eutectique binaire On effectue pour chaque alliage un étalonnage en faisant cor- respondre à chaque température de ce palier de solidification de l'eutectique binaire un état de modification déterminé, eontrold au microscope .La sensibilité de la mesure est telle qu'il est pos sible non seulement de faire la distinction entre l'alliage non modifié et l'alliage totalement modifié, mais également de distinguer des états intermédiaires eorrespondant à une finesse plus ou moins grande des grains de silicium eutectique .Ensuite, le rdsul- tat de la mesure permet, par comparaison avec l'échelle étalon de oonnattre avec précision l'état de modification de l'alliage en cours de traitement et prEt à entre coulé Etant donné que la durée de l'ensemble des opérations néces- saires pour effectuer une telle mesure est de l'ordre de 2 à 3 minutes, on a la possibilité d'apporter éventuellement des corrections au bain liquide avant son utilisation et de diminuer sensiblement le nombre des pièces ne répondant pas aux normes prévues et qui doivent, par eonsSquent,Etre mise au rebut.On garantit ainsi une grande régularité de fabrication et l'on effectue donc une économie importante REVENDICATIONS l-Procédé pour la détermination de l'état de modification du silicium eutectique dans un alliage léger à base d'aluminium et de silicium , pouvant contenir d'autres éléments d'alliage, tels que cuivre, magnésium, etc.., ce procédé étant caractérisé en ce qu'on prélève un échantillon de l'alliage en fusion, on établit sa courbe de refroidissement en fonction du temps, on détermine sur cette courbe de refroidissement la température du palier correspondant à la solidification de l'eutectique binaire et par comparaison avec une échelle étalon, on en déduit l'état de modification de l'alliage 2-Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu: :'il comprend, en combinaison un creuset (3) en sable à noyau, un thermocouple (2) placé dans ce creuset et un potentiomètre enregistreur (1) relié au thermocouple 3-Dispositif suivant la revendication 2,caractérisé en ce que le creuset (3) en sable ne comporte aucun revêtement interne 4-Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le creuset (3) a un volume de l'ordre de 30 à 35 cm3. 5-Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le thermocouple (2) est nu