Prélèvements issus des bains solidifiés à l’étape C

Lors de la coulée, le métal liquide traverse un filtre en mousse de céramique de 30 ppi,

de diamètre 91 mm positionné en haut de moule, dans l’objectif de capturer les inclusions.

Les prélèvements effectués au sein des bains solidifiés permettent d’estimer l’efficacité du

filtre [Tableau 12].

Référence fusion B7C3 B8C3 B9C3

Position du prélèvement Milieu Milieu Haut Milieu

Surface du radeau (mm²) 19,5 4,6 480,2 4,7

Taux de compacité (%) 63,7 65,4 60,5 62,8

Tableau 12 : Résultats des analyses des boutons post mortem pour l’étape C.

Des agrégats d’inclusions, toujours majoritairement composés d’alumine, sont encore

présents en milieu de bain mais la surface des radeaux collectés a diminué passant de

95,1 mm² pour B7C2 à 19,5 mm² pour B7C3, de 5,3 mm² pour B8C2 à 4,6 mm² pour B8C3

et de 10,2 mm² pour B9C2 à 4,7 mm² pour B9C3. Il en va de même pour la valeur en surface

du lingotin qui diminue de 868,5 mm² lors de l’essai B9C2 à 480,2 mm² lors de l’essai B9C3.

La diminution de l’ensemble des aires de radeau inclusionnaire montre une efficacité de la

filtration, qui n’est cependant pas totale.

Suite aux examens des enregistrements en caméra rapide lors de la verse du bain liquide

(étapes B et C) d’une part, et des filtres après leur utilisation d’autre part, une explication

possible concernant cette efficacité de filtration a été avancée. Des mécanismes de

fragmentation du radeau inclusionnaire ont pu être mis en évidence au cours de la verse du

bain liquide [Figure 51].

61

Figure 51 : Cinématique de verse du bain liquide depuis le creuset de fusion (a.) vers le haut de la grappe

équipée d’un filtre (b.) avec engorgement de ce dernier et formation d’un radeau inclusionnaire

couvrant la totalité de la surface du filtre (c.).

Dans un premier temps, lors du basculement du creuset de fusion, le radeau

inclusionnaire se décompose en une multitude d’agrégats de tailles et de formes variées

témoignant de l’absence de liaisons fortes, autant mécaniques que chimiques, entre ces

derniers. Dans un second temps, l’énergie cinétique, acquise par le jet lors de sa chute,

aboutit à exercer une action mécanique intense sur les agrégats lors de leur collision avec la

surface du filtre, mais crée aussi une action de brassage importante au sein du volume de

liquide en partie haute du filtre. Lors de l’étape B, le filtre étant absent, la hauteur de coulée

est par conséquent augmentée de manière significative (plus du double de la hauteur de

verse conventionnelle avec la présence du filtre).

On constate que la taille moyenne des agrégats en surface des bains, de 2,3 mm

après l’étape A, a chuté à 491 µm après l’étape B [Tableau 13]. Cette variation en taille des

agrégats d’alumine au cours de la verse sans filtration atteste de l’existence de la

fragmentation des agrégats.

Tableau 13 : Evolution de la taille des agrégats en surface des lingotins solidifiés après les différentes

étapes de prélèvements au cours du procédé de fusion (barres 6, 7, 8 et 9).

Au cours de l’étape C, l’ajout de la filtration entraine une diminution de la taille des

agrégats passant respectivement de 491 µm sans filtration à 242 µm avec filtration. La

Figure 52 présente une estimation de la distribution en taille des particules d’alumine en

surface des bains solidifiés après l’étape C.

Etape du procédé de fusion A B C

Dimension moyenne (µm) 2295 490,8 241,8

Ecart type (µm) 3611,8 257,1 150,4

Agrégats

d’inclusions

a.

b.

Agrégats

d’inclusions Agrégats

d’inclusions

c.

62

Figure 52 : Distribution en taille des agrégats d’alumine en surface des bains solidifiés après l’étape C

(avant test du bouton).

La diminution en taille des agrégats présents en surface des bains solidifiés, passant

respectivement de 2,3 mm (après l’étape A) à 242 µm (après l’étape C), peut s’expliquer par

la capture des agrégats de fortes dimensions par le filtre constitué d’un réseau composé

d’alvéoles dont les dimensions sont comprises entre 850 µm et 1400 µm [Figure 53].

L’efficacité de la filtration reste difficile à évaluer à partir de la seule caractérisation du filtre.

En effet la masse volumique relativement voisine des agrégats de particules et du filtre rend

difficile toute investigation dans l’épaisseur de ce dernier au moyen de méthodes telles que

la tomographie X.

Figure 53 : Vue générale d’un filtre en mousse de céramique usagé (a.),

vue en surface de la couche d’AM1 solidifiée (en gris foncé) en surface du filtre sur laquelle sont posées

les agrégats d’alumine (en gris clair) (b.), vue agrandie d’un groupe d’agrégats (en gris clair) (c.)

et schéma d’une alvéole composant le réseau alvéolaire du filtre en céramique de 30 ppi (d.).

a.

1400 µm

850 µm

d.

b.

5 mm

c.

1 mm

63

Le Tableau 14 répertorie l’ensemble des fractions volumiques d’inclusions estimé à partir des

prélèvements réalisés au cours des différentes étapes du procédé de fonderie. Cette

estimation reprend la même démarche qui a été appliquée lors de l’estimation de la fraction

volumique des agrégats au sein des barres brutes, en tenant compte de l’épaisseur

moyenne du radeau inclusionnaire (égale à 10 µm), mesurée expérimentalement [cf. section

III.1.3].

Prélèvement Barres brutes

Fraction volumique 5,3 .10

-7

Etape du procédé de fusion A

Référence essai B7C1 B8C1 B9C1

Prélèvement Milieu Milieu Haut Milieu

Fraction volumique 1,6 .10

-6

2,3 .10

-7

1,6 .10

-4

3,7 .10

-7

Estimation moyenne 1,5 .10

-5

Etape du procédé de fusion B

Référence essai B7C2 B8C2 B9C2

Prélèvement Milieu Milieu Haut Milieu

Fraction volumique 1,1 .10

^-5

5,8 .10

^-7

9,4 .10

^-5

1,1 .10

^-6

Estimation moyenne 9,7 .10

^-6

Etape du procédé de fusion C

Référence essai B7C3 B8C3 B9C3

Prélèvement Milieu Milieu Haut Milieu

Fraction volumique 2,1 .10

^-6

5,1 .10

^-7

5,2 .10

^-5

5,1 .10

^-7

Estimation moyenne 5,3 .10

-6

Tableau 14 : Evolution de la propreté inclusionnaire au cours du procédé de fonderie, exprimée en

fraction volumique des agrégats par rapport au volume de métal prélevé (d’une masse de 790 g).

Il est intéressant de constater que les phénomènes de dispersion, résultant de la

procédure de verse et de filtration, sont parfaitement mis en évidence par l’augmentation des

valeurs de la fraction volumique et ce, plus particulièrement après l’étape B. Nous allons

nous intéresser maintenant uniquement aux essais B9C1 et B9C3 offrant une vision

d’ensemble de l’évolution de la population inclusionnaire au cours du procédé de fusion. On

peut remarquer que la fraction volumique diminue de manière significative en haut de bain à

l’inverse de celle du prélèvement en milieu de bain qui montre une légère augmentation suite

à la dispersion des agrégats. L’estimation moyenne de la fraction volumique sur le lingotin

est obtenue en tenant compte de la fraction volumique des deux prélèvements au sein du

bain, et en supposant que celle du prélèvement de milieu de bain est représentative de

l’ensemble du bain solidifié, à l’exception du volume de métal en extrême surface. La valeur

moyenne reste logiquement inchangée entre les étapes A et B (le radeau de surface est

donc intégralement transféré du creuset vers le moule à la coulée), et diminue à l’étape C

par action du filtre. La variation de la fraction volumique en haut de lingotin démontre que le

64

filtre de 30 ppi permet de réduire d’environ 64 % la concentration de la phase inclusionnaire

au sein du bain métallique.

III.2 Discussion concernant l’origine et les morphologies des

Dans le document Comportement des oxydes dans un procédé de fonderie d'alliages base nickel (Page 62-66)