En fonderie sous pression, il y a différents types de transferts ou d'échanges thermiques; la conduction, la convection et rayonnement et l'évaporation (changement de phase liquide-vapeur)

1. Conduction
Les échanges par conduction se produisent lorsque la chaleur s'évacue dans un milieur solide comme l'acier du moule. La vitesse de pénétration de la chaleur comme la capacité de stockage de la chaleur de l'acier sont fonction de trois grandeurs: ro (masse volumique), lambda (conductivité thermique) et Cp (chaleur massique).

Fourrier_Equation_de_la_chaleur
Equation de Fourrier (conduction pure)

En général, en fonderie sous pression aluminium, on considère que l'interface alliage-moule est aux alentours de 500 - 550 °C. La chaelur diffuse ensuite par conduction à l'intérieur du moule.

choc_et__l_vation_temp_rature_surface
Elévation de température à l'interface. Au bout de 5s (courbe verte), la chaleur a pénétrée sur 15 mm environ dans l'acier.

quantit__stock_e_dans_diff_rentes_couches_surface
La chaleur est rapidement stockée dans les 10 premiers millimètres (courbe rouge). Cependant, cette couche est rapidement saturée et la couche 10-20 mm (en noire) puis la couche 20-30 mm (en bleue) prennent le relai

2. Convection et Rayonnement
Les échanges par convection et rayonnement sont des échanges entre la surface extérieur du moule (empreinte et carcasse) et l'air ambiant. La convection est liée aux mouvements de brassage d'air (flux d'air et vitesse) en surface de moule. Le rayonnement est indépendant des flux d'air (c'est le seul échange thermique qui peut avoir lieu dans le vide, rayonnement du soleil par exemple).

La convection intervient également dans les circuits d'eau (ou thermorégulation) entre la surface du canal et le flux d'eau circulant.

La convection et le rayonnement sont à peu près du même ordre de grandeur. Lorsque le moule est à température élevé, le rayonnement devient prépondérant.

formule_convection_et_rayonnement
Echange de chaleur convection (rouge) et rayonnement (bleu)


Qconvection_et_rayonnement
Quantité de chaleur fonction de la température en surface d'empreinte


3. Evaporation
L'eau du poteyage en surface de moule s'étale en surface et s'évapore et extrait lors de ce changement de phase une quantité très importante de chaleur (joules).

Cet échange thermique est limité lorsque :
   - Le moule est trop froid car les gouttelettes glissent en surface sans s'évaporer
   - Le moule est trop chaud (effet Leidenfrost) et les goutellettes ne peuvent pas s'accrocher

Dans une certaine plage de température correcte, les gouttelettes d'étalent (grace aux agents mouillants contenus dans le poteyage) et s'évaporent, emportant une grande quantité de chaleur.


* Moule à température modéré, les gouttes s'étalent et s'évaporent
300C__talement_goutte_V2

300C__bullition_goutte_V2


* Moule à température trop élevé (les gouttes rebondissent)
600C_rebond_goutte_V2

600C_rebond_goutte_V3


Juillet 2008