Essais de coulabilité en fonderie : aspects thermiques, hydrodynamiques et structure de solidification

par Brahim Garda

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Francis Durand.

Soutenue en 1993

à Grenoble INPG .

mots clés

• Sciences appliquees
• Metaux, metallurgie
• Fonderie
• Coulabilite
• Solidification
• Microstructure
• Nucleation
• Croissance cristalline
• Transfert chaleur
• Ecoulement
• Fonte
• Alliage base aluminium
• Nk
• Cuivre alliage
• Alliage binaire
• Foundry
• Castability
• Solidification
• Microstructure
• Nucleation
• Crystal growth
• Heat transfer
• Flow(fluid)
• Cast iron
• Aluminium base alloys
• Nk
• Copper alloy
• Binary alloy

Résumé

L'essai de coulabilite est couramment pratique en fonderie des pieces minces. Le metal liquide est injecte dans un moule en forme de tube et la longueur parcourue par le metal lorsque la solidification le bloque, mesure la coulabilite. Du point de vue theorique, la solidification de pieces minces fait intervenir de facon couplee l'hydrodynamique de remplissage qui dure quelques diziemes de seconde, la thermique, en particulier les echanges metal-moule, et les mecanismes de solidification. L'ecoulement est modifie par la solidification. Reciproquement, la structure de grains est sensible a l'ecoulement. Le champ de temperature depend fortement de l'ecoulement, principalement au voisinage du front liquide-gaz. Nous avons propose une formulation analytique des lignes de courant. Ensuite, nous avons realise plusieurs series d'essais sur la fonte et sur l'alliage al-2% cu. Ces essais ont montre que les echanges metal-moule peuvent etre representes par un coefficient d'echange, qui depend de la vitesse d'injection. Les essais sur la fonte ont permis de suivre en direct la progression du liquide tout en enregistrant la temperature du front liquide. Les essais sur l'alliage d'aluminium comportent des mesures sur la transition colonnaire-equiaxe et sur la taille des grains. Nous avons etabli un modele de nucleation et croissance des grains equiaxes qui permet de calculer la taille des grains a partir des conditions de refroidissement. Les differentes mesures, traitees par les modeles simplifies, ont permis de proposer un mecanisme du blocage par gel en croute: ecoulement tout liquide, formation de la croute colonnaire, sa fermeture, cristallisation equiaxe en bande, cristallisation qui bloque la croissance colonnaire. Ces resultats, et les modeles correspondants serviront de donnees pour valider un code numerique qui est developpe dans le cadre du programme europeen convective effects in solidification

Titre traduit

Castability tests in foundry: heat transfer, fluid flow and solidification structure

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