Affinage et modification des aliages d'aluminium

L'affinage et la modification, largement utilisés en fonderie gravité des alliages d'aluminium, sont très rarement utilisés en fonderie sous pression, sauf pour des alliages haut de gamme (bas fer). On rappelle ici brièvement le principe et l'impact de l'affinage et de la modification en moulage gravité et son intérêt potentiel en fonderie sous pression.

AlSi9Cu3(Fe) en fonderie sous pression avec une structure modifiée au strontium (projet CTIF). Effet bénéfique sur les propriétés mécaniques (Rp0.2 et allongement), mais pas d'effet sensible sur les propriétés de la pièce en tenue à l'étanchéité (test air/air). On notera l'absence de grosses aiguilles de fer dans la microstructure.

Contexte
L'affinage et la modification sont des traitements courants en moulage gravité (sable et coquille) des alliages d'aluminium de type AlSi7Mg (A356 et A357).

Principe de ces traitements
Rappelons brièvement le principe de ces 2 traitements.

Pour plus de détails, on consultera avantageusement l'ouvrage des E.T.I.F. ,  Les alliages d'aluminium moulé

• Principe de l'Affinage
  L'affinage consiste à réduire la taille des grains par ajout dans le bain d'élements affinant (germes de solidification) de type titane et bore.On utilise pour cela des alliages mères ajoutés à l'alliage liquide. Les baguettes d'AlTi5B sont les plus couramment utilisés.
• Principe de la Modification
  La modification a pour objectif de modifier la forme du silicium eutectique (de lamellaire à aciculaire) par ajout d'éléments modifiant (sodium, strontium, antimoine). Le silicium a alors une structure dite fibreuse.
  
  Le sodium, très efficace, mais qui s'évanouit rapidement dans le temps est de plus en plus remplacé par le strontium (40 à 100 ppm), moins fugace. L'antimoine, pour sa part, a un effet permanent, mais est nocif pour la santé et pour ces raisons à tendance à être de moins en moins utilisé. Il est d'ailleurs interdit en Amérique du Nord et risque de l'être en Europe avec la directive REACH.
  
  La modification permet de disperser les retassures en micro-retassures, moins nocives sur les propriétés mécaniques de la pièce

Utilité d'affiner et modifier en fonderie sous pression ?
On peut se poser la question de l'utilité que pourrait avoir l'affinage et la modification en fonderie sous pression aluminium.

Du fait de la microstructure déjà naturellement très fine (grande vitesse de solidification) et d'un DAS (Dendritic Arm Spacing) de l'ordre de 10 µm, on peut penser que le traitement d'affinage aura un effet très réduit en fonderie sous pression.
De plus, l'affinage a plus d'impact pour les alliages à bas silicium (loin de l'eutectique), ce qui n'est pas le cas de l'AlSi9Cu3, ni de l'AlSi12Cu.

Par contre, la modification est réalisable et permet de transformer le silicium eutectique, comme l'a montré par exemple une étude de CTIF (ou d'autres études allemandes).
L'impact bénéfique de la modification en fonderie sous pression est encore controversée. Certaines études concluent à un effet bénéfique sur l'étanchéité pièce ou sur les caractéristiques mécaniques alors que d'autres n'ont pas trouver d'impact majeur.

Pour des alliages ductile haut de gamme à bas fer, la modification au strontium est souvent pratiquée.

Source : CTIF