Enquête sur les défaillances et analyse des causes profondes

Cet article est basé sur une histoire de cas sur un problème client qui pourrait être résolu.

Contrôle de qualité Fonderie d’alliage d’aluminium : enquête sur les défaillances et analyse des causes profondes

Auteur / Editeur : Raghvendra Gopal / Nicole Kareta

Un échec du test de l’assemblage du boîtier a été observé du côté client, car une fuite a été observée au niveau du joint de tube lors des tests de vibration. Fuite similaire observée lors du test client après env. 390 heures. Le tube sortait du corps du mélangeur dans certains cas.

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L’assemblage s’est avéré défaillant lors du test d’étanchéité effectué après le conditionnement en température à 150 °C pendant 48 heures, bien qu’initialement ok à température ambiante. Une fois que la défaillance a été remarquée pendant le test d’étanchéité, même après refroidissement à la température ambiante, des fuites ont toujours été observées au niveau du joint lors du test.

Travail effectué:

  • 1. Sur la base de l’analyse de la littérature, étant donné que l’aluminium et le silicium ont des coefficients de dilatation thermique différents, à mesure que la masse fondue se solidifie pendant le refroidissement, en plus de la contrainte résiduelle macroscopique habituelle, des contraintes résiduelles supplémentaires se développent au niveau microscopique
  • 2. Ces contraintes résiduelles peuvent être atténuées au cours du processus ultérieur ou de toute autre condition de test, affectant ainsi la stabilité dimensionnelle.
  • 3. Pour confirmer la même chose, une coulée locale a été soumise à une température de stabilisation de 200 °C pendant 48 heures, y compris le chauffage, le temps pendant lequel la coulée atteint la température, le trempage puis le refroidissement selon l’arrangement d’essai fourni par le client. Seule la température a été maintenue à 200 °C.
  • 4. L’alésage de coulée a été analysé avant le cycle de stabilisation pour CMM.
  • 5. Après le traitement de stabilisation, encore une fois l’alésage a été vérifié pour la CMM et s’est avéré être plus. Cela indique qu’il y a une augmentation du diamètre intérieur de l’alésage après le cycle de stabilisation.
  • 6. La microstructure a été analysée pour la coulée locale, la coulée importée, la coulée locale après stabilisation et la coulée locale s’est avérée correcte et a échoué au test.

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Voir les résultats des tests de microstructure dans cette galerie d’images :

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Remarques :

  • La microstructure de ces alliages de coulée contient des dendrites α-Al comme constituant principal, qui sont présents avec des particules de Si eutectique et de nombreuses phases intermétalliques telles que Al2Cu, Mg2Si, des phases contenant du Fe, etc.
  • La taille, la morphologie et la distribution des caractéristiques microstructurales régissent les propriétés mécaniques de ces alliages. Il est bien connu qu’une microstructure raffinée se traduit par des propriétés de traction améliorées.
  • La microstructure des alliages coulés Al-Si se compose principalement d’une phase primaire (α-Al) et d’un mélange eutectique d’Al-Si. La quantité de mélange eutectique dans la microstructure dépend du taux de Si. Le mélange eutectique contient de l’Al mou comme matrice contenant des particules de Si.
  • L’espacement secondaire des bras dendrites (SDAS) est l’une des caractéristiques microstructurales les plus importantes dans la solidification dendritique des alliages (par exemple les alliages Al-Si) pendant le processus de coulée. Le SDAS a une influence significative sur le comportement mécanique des composants en fonte d’aluminium.
  • Comme nous pouvons le voir sur la microstructure, les composants importés présentent un alumnium Alpha ou un espacement des bras dendritiques secondaires plus fin que les composants locaux.
  • Le traitement de stabilisation rend la structure plus fine pour l’aluminium Alpha. C’est proche du composant importé.
  • La structure est plus grossière dans un composant défaillant lors du test d’étanchéité. Le composant passé a également une structure plus grossière.

Conclusion :

  • Très peu de travaux sont effectués sur la stabilisation des alliages d’aluminium et de silicium moulés sous haute pression qui ont été tentés dans le présent travail. Ceci a été fait afin de soulager les contraintes résiduelles.
  • Le traitement de stabilisation a entraîné une augmentation du diamètre de l’alésage qui a été étudié à l’aide de CMM. Cela pourrait être la raison de l’échec lors du test d’étanchéité après conditionnement.
  • La microstructure montre un Alpha primaire raffiné après le traitement de stabilisation qui est plus proche du composant importé.
  • Le niveau de contrainte résiduelle dans les composants importés pourrait être inférieur à celui des composants coulés localement. Ceci peut être vérifié davantage en utilisant des mesures de contraintes résiduelles si nécessaire.
Couverture du livre blanc : Johannes Messer – Consulting GmbH

Recommandations et travaux ultérieurs :

  • 1. Traitement à 200 °C pendant 48 heures avant usinage final et rectification d’alésage.
  • 2. Cet exercice doit être effectué chez le fournisseur, suivi des tests d’étanchéité et de la validation.
  • 3. Une fois validé, celui-ci doit être intégré dans le dessin des composants et les documents de processus du fournisseur.

(Réf : 47549690)