Une étude de la Saitama University (japon) a chiffrée les conséquences néfastes des cristaux pré-solidifiés dans le conteneur sur la tenue mécaniques des pièces en aluminium sous pression.

Contexte
Les pré-solidifications dans le conteneur se forment lorsque l'aluminium est versé dans le conteneur et qu'il se solidifie contre les parois (conteneur et piston). Lors de l'injection, ces particules pré-solidifiées sont arrachées et injectées dans l'empreinte créant des hétérogénéités de structure.
Ces cristaux pré-solidifiés sont appellées "cold flake" dans cette étude et plus généralement ESP ("Externally Solidified Particules") ou ESC (pour "Externally solidified Crystals") dans le monde anglo-saxon.

Les résultats
Des essais statiques et dynamiques ont été réalisées sur éprouvettes prélevées dans des pièces de 4 mm en alliage ADC12 (Al Si11Cu2.5) fournies par la fonderie Ryobi (Japon).

Eprouvette_statique
Eprouvette

Il a été mis en évidence que :
- La résistance mécanique (Rm) diminue avec l'augmentation de la surface (mm2) des cristaux pré-solidifiés. En particulier, les cristaux pré-solidifiés débouchant en surface ont un impact beaucoup plus important que ceux inclus dans la masse.
- La durée de vie en fatigue est réduite, elle aussi également, avec la surface des cristaux pré-solidifiés. Les cristaux pré-solidifiés en surface perpendiculaire aux contraintes appliquées ont davantage d'effet néfaste.
- La mesure ultrasonique durant l'essai de fatigue montre que les cristaux pré-solidifiés se désolidarise de la matrice créant un effet d'entaille et l'initiation de la fissure de fatigue.
- Le facteur d'intensité de contrainte K1max serait de 8 à 11 MPa m1/2 pour une particule pré-solidifiée débouchant en surface.

fatigue_cold_flake
Impact des pré-solidification selon leur position par rapport à la surface d'éprouvette

Mécanisme d'initiation des fissures
Les auteurs proposent le mécanisme suivant qui expliquerait que les fissures de fatigue s'initient préferrentiellement sur les cristaux pré-solidifiés. Les cristaux pré-solidifiés présentent une face oxydée.
Le module d'Young de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) est de 300 GPa contre 70 GPA pour la matrice d'aluminium environnante. Il en résulte une concentration de contrainte importante autour de cette couche d'oxyde qui cause une accumulation de domage de fatigue et provoque l'initiation de la fissure.

Source : International Journal of Cast Metals Research - 2008 - vol 21 - p. 162
              Effect of cold flakes on mechanical properties of aluminium alloy die casts (A.K.M.A. Ahamed
              and H. Kato)


Février 2009