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L'analyse thermique différentiel (ATD) des fontes, un outil de pilotage de la métallurgie

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L'analyse thermique différentielle (ATD) des fontes est une technique récente qui permet, en enregistrant et en interprétant la courbe de refroidissement du métal liquide, d'avoir accès en temps réel à des informations sur la composition du métal (Ceq, % carbone, % silicium, ...) et sur les caractéristiques mécaniques (Rm, HB) attendues. Plusieurs fournisseurs (Foseco, Novacast, Heraeus Electro_Nite, ...) commercialisent des solutions (software, godets de mesure).

Analyse thermique à la fonderie CTC (Suède) - logiciel ATAS de Novacast

Historique

Les premières études sur l'analyse thermique différentielle (ATD) des fontes datent des années 1980. Michel Hecht (CTIF) et Willy Van der Perre furent les précurseurs de ces méthode d'analyse. Ce n'est véritablement que depuis la fin des années 1990 que l'analyse thermique s'est développée industriellement avec l'apparition de logiciels de contrôle de production distribués par plusieurs fournisseurs.

Les logiciels d'analyse thermique Les matériel d'analyse thermique pour la fonderie sont commercialisés par :

Novacast avec le logiciel ATAS pour Adaptative Thermal Analysis System (dans lequel un système expert est utilisé pour interpréter les courbes). Novacast un l'un des précurseurs de l'analyse thermique Foseco-Vesuvius et Proservice Srl pour l'ITACA 8 (Thermal analysis Software) Heraeus Electro-Nite avec le QuiK-Lab-E thermal analysis instrument et le godet QuiK-Cup Azterlan qui a développé le logiciel Thermolan (pour la fonte et l'aluminium) Northerm Instruments Ltd avec le DIGICARB 2D et 3 Le principe de l'analyse thermique L'analyse thermique consiste à enregistrer la courbe de refroidissement d'une fonte en cours de solidification (dans un petit godet ad hoc en sable à prise chimique) et à interpréter en automatique cette courbe pour en déduire des informations sur sa composition et les caractéristiques mécaniques attendues. La courbe (et sa dérivée première) est en effet décomposée en plusieurs parties définissant chacune un phénomène physique particulier; solidification du premier constituant (T Liquidus), solidification de l'eutectique, ..., fin de solidification (T Solidus).

Différentes informations de cette courbe (température, gradient, ..., longueur d'un palier) peuvent être interprétées. L'analyse thermique permet ainsi d'avoir accès en temps réel à des données d'une fusion (carbone équivalent, %C, %Si, indice d'inoculation, ...) avant même que les pièces ne soient coulées et sans examen destructif coûteux.

Intérêt de l'analyse thermique L'analyse thermique peut servir à :

Mesurer les effets d'un produit (recarburant ou inoculant) Mesurer la teneur en carbone et en silicium de la fonte. Ainsi, pour une fonte grise non alliée, on a la relation %C = – 6.51 – 0.0084*TL + 0.0178*TS où TL (Température de Liquidus) et TS (Température de Solidus) Calculer le carbone équivalent (Ceq). Ainsi, Ceq = 14.45 – 0.0089*TL pour ce même type de fonte. Les relations sont différentes pour chaque nuance ... Réduire le graphite dégénéré pour les FGS Evaluer les propriétés mécaniques (Rm) et la dureté (HB) Avoir un meilleur contrôle de la tendance à la retassure (FGL et FGS)

Certains logiciels d'analyse thermique suggèrent des corrections métallurgiques en cas de dérive sur la courbe et peuvent réaliser un auto-apprentissage à partir des données réelles d'analyse spectro rentrées par l'utilisateur à posteriori.

Source : CTIF

Commentaires

1. Le mercredi, 14 octobre 2020, 11:52 par Amine

Bonjour
Je crois que la formule du carbone est en fonction du Temin et non pas Ts.
%C = – 6.51 – 0.0084*TL + 0.0178*Temin

2. Le mercredi, 14 octobre 2020, 21:06 par Pierre08

Que dire de l'analyse thermique des années 70: En l'absence de spectros dans les fonderies, c'était LA méthode de contrôle et de suivi de fusion au cubilot: Système MECI qui traçait à l'encre rouge (comme sur le disque de suivi de débit de vent) la courbe de refroidissement et la surfusion.Quelques très rares fonderies, comme Roche à Fismes, avaient investi dans le très éphémère Silicomètre Licence GAILLY que l'on doublait de l'éprouvette de trempe, tant la fiabilité des résultats était aléatoire . On l'utilisait surtout lors des visites de clients, car, comme disait mon patron de l'époque, "eux ne savent pas que les résultats sont fantaisistes", mais ça faisait bien ! ! !
Malgré tout, on fabriquait des pièces conformes, avec il est vrai des critères de conformités bien différents de ceux d'aujourd'hui

 

Piwi l'a utilisé aux fonderies de Jeumont en 1971 & 72 (licence Bonvarite ) supervisée par M. Barnabé du CTIF

lequel  m'avait proposé le job au pied d'un cubilot (sans jambes) avec défournement sur le côté?

3. Le jeudi, 15 octobre 2020, 08:36 par Mèkilékon

Oui, la formule est bien :
% C = -6,51 - 0.0084.TL + 0.0178.TEmin

L'erreur d'interprètation que l'on peut faire est due à l'écriture de la formule dans le document ElectroNite - Analyse thermique, Principes et applications, dans lequel TE min est libellé TS (température solidification?).

 

Piwi : Bravo l'artiste !! Quelle compétence !

4. Le jeudi, 15 octobre 2020, 10:03 par Zerbin

Parmis les bons logiciels disponibles, il y a aussi ApromaceTA, logiciel créé par Technical Service Kuehn GmbH.
https://tsk-web.eu/en/company-profi...

5. Le jeudi, 15 octobre 2020, 11:19 par Mèkilékon

Pour compléter les propos de Pierre 08, ayant visité qq fonderies équipées des derniers logiciels d'analyse thermique informatisés cités ci-dessus, mon impression est que nombre d'entre-elles en font aussi et avant tout, un instrument "valorisant" auprès de leurs clients (actuels et futurs), mais que bien peu en font un réel instrument de conduite-surveillance de leur production, avec actions d'ajustement-correction du processus si nécessaire.


Quant à exploiter toutes les informations-données enregistrées et les mettre en rapport avec celles de production (paramètres fusion, moulage, etc), pour en faire un instrument de maitrise-amélioration en temps réel de leur prodcution..

il y a encore du chemin à faire.

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