Les mécanismes de dégradation des moules de fonderie

Failure mechanisms of die casting dies

CTIF (Centre Technique des Industries de la Fonderie), Sèvres

Résumé

La fonderie sous pression est un procédé de fonderie très utilisé en particulier pour le moulage des pièces en aluminium pour l’industrie automobile. Le prix des moules est important et oblige les fondeurs à augmenter leur durée de vie. Une meilleure connaissance des mécanismes de dégradation est important pour améliorer les conditions d’utilisation des moules.

Actuellement, la fissuration de la surface des moules par chocs thermiques est le mécanisme principal de dégradation. Ce phénomène est provoqué par les températures élevées d’injection et par le refroidissement brutal provoqué par la pulvérisation de produit de poteyage.

Le collage est le deuxième facteur de dégradation des outillages en fonderie d’aluminium. C’est une attaque physico-chimique de l’acier du moule par l’alliage liquide. Il y a diffusion des éléments de l’alliage (Al, Si, ...) dans le substrat métallique.

Bien que le problème soit complexe et fasse intervenir de multiples facteurs, pour améliorer la durée de vie des moules, deux pistes peuvent être suivies ; améliorer les conditions de réalisation du moule et ensuite optimiser les conditions d’utilisation en fonderie.

En utilisation en fonderie, une meilleure maîtrise de la thermique du moule doit permettre d’éviter les ruptures brutales au bout de quelques milliers de pièces. En particulier la mesure de la température de moule (thermocouple insérées, pyromètre infra-rouge) pourrait permettre de mieux appréhender les températures au démarrage qui sont critiques et engendrent des chocs thermiques importants.

L’utilisation de traitements de surface (PVD, CVD, Tenifer) diminue de manière importante les phénomènes de collage, pénalisants pour la productivité des chantiers de moulage.

Seule une approche globale, prenant en compte le choix de l’acier, l’usinage, les traitements thermiques, mais aussi les conditions d’utilisation en fonderie (température et vitesse du métal, conditions de poteyage) peuvent apporter un gain significatif de durée de vie de moule.

Abstract

HPDC (High Pressure Die Casting) is the most common process for aluminium automotive cast parts. The price of the die is important, forcing die casters always to improve die life. A better understanding of failure mechanisms is important to improve use conditions of the die. These days, heat cracking by thermal shocks is by far, the first degradation mechanism. This phenomenon is due to the great temperature at molten metal injection and by the brutal cooling of the surface by release agent.

Soldering is the second degradation mechanism for aluminium die casting die. It results from a physico-chemical attack of the die steel by the liquid alloy. We can observe diffusion of Al or Si elements into the die substrat.

Although the phenomenon is complex and due to multiple factors, die life can be improved by better building and heat treatment of the die and optimising the use conditions of the die. Improved thermal conditions of the die could avoid serious degradations after only a few thousands of parts. Die temperature measurement (thermocouples, infrared pyrometer) could allow a better understanding of the initial die start temperatures which are critical and give high thermal shocks.

The use of die coatings (PVD, CVD, Tufftriding) considerably reduces soldering problems, which can stop seriously the production.

It seems that only a global approach, including steel choice, heat treatments, machining and also foundry parameters like temperature, injection velocity and release agent could significantly improve the die life.