Les défauts courants et comment les prévenir ?
Défauts courants dans la production de disques de frein : piqûres d’air, porosités de retrait, inclusions de sable, etc. ; la teneur en graphite (type et milieu) dans la structure métallographique dépasse les normes, de même que la quantité de carbure ; une dureté Brinell trop élevée entraîne une usinage difficile ou une dureté irrégulière ; la structure du graphite est grossière, les propriétés mécaniques ne sont pas conformes aux normes, la rugosité est élevée après usinage et une porosité importante apparaît parfois en surface.
1. Formation et prévention des bulles d'air : les bulles d'air constituent l'un des défauts les plus fréquents des disques de frein moulés. Les pièces des disques de frein étant petites et fines, leur refroidissement et leur solidification étant rapides, la formation de bulles d'air par précipitation ou par réaction est peu probable. Le noyau en sable liant huile-graisse génère un important dégagement gazeux. Si l'humidité du moule est élevée, ces deux facteurs entraînent souvent l'apparition de porosités envahissantes dans la pièce moulée. Il a été constaté qu'un excès d'humidité dans le sable de moulage augmente significativement le taux de rebuts dus à la porosité. Dans certaines pièces moulées à noyau de sable mince, des porosités d'obstruction (bouchons) et des porosités de surface (écaillage) apparaissent fréquemment. Lorsque la méthode de moulage à chaud avec noyau de sable enrobé de résine est utilisée, les porosités sont particulièrement importantes en raison du dégagement gazeux important. En général, les disques de frein à noyau de sable épais présentent rarement des défauts de bulles d'air.
2. Formation de porosités : les gaz générés par le noyau de sable du disque de frein lors de la coulée à haute température s'écoulent horizontalement vers l'extérieur ou l'intérieur à travers l'interstice du noyau, dans des conditions normales. Lorsque le noyau de sable s'amincit, le passage des gaz se rétrécit et la résistance à l'écoulement augmente. Dans un cas, lorsque le fer en fusion recouvre rapidement le noyau de sable, une grande quantité de gaz s'échappe. Dans un autre cas, le fer en fusion à haute température entre en contact avec une masse de sable à forte teneur en eau (mélange de sable hétérogène), provoquant une explosion de gaz, un embrasement et la formation de porosités. Dans un autre cas encore, les gaz à haute pression formés envahissent le fer en fusion, remontent à la surface et s'échappent. Si le moule ne peut pas les évacuer à temps, les gaz se répandent et forment une couche entre le fer en fusion et la surface inférieure du moule supérieur, occupant une partie de l'espace sur la surface supérieure du disque. Si le fer en fusion se solidifie ou si sa viscosité est élevée et qu'il perd de sa fluidité, l'espace occupé par les gaz ne peut être comblé, laissant des porosités en surface. Généralement, si les gaz générés par le noyau ne peuvent remonter à la surface et s'échapper à travers le fer en fusion à temps, ils restent sur la surface supérieure du disque. Ils peuvent alors apparaître sous forme de pores isolés, être révélés après grenaillage pour éliminer la calamine, ou encore être découverts après usinage, ce qui engendre une perte de temps de production. Lorsque le noyau du disque de frein est épais, le fer en fusion met plus de temps à remonter et à l'immerger. Avant cette immersion, les gaz générés par le noyau ont davantage de temps pour s'écouler librement vers la surface supérieure à travers l'interstice de sable, et la résistance à l'écoulement horizontal est faible. Par conséquent, les défauts de porosité en surface sont rares, même si des pores isolés peuvent apparaître. Autrement dit, il existe une taille critique, comprise entre l'épaisseur du noyau de sable, pour que se forment des pores obstrués ou des pores de surface. Si l'épaisseur du noyau est inférieure à cette taille critique, la formation de pores devient fréquente. Cette dimension critique augmente avec le diamètre radial du disque de frein et avec l'amincissement du noyau. La température est un facteur important influençant la porosité. Le fer en fusion pénètre dans la cavité du moule par le canal d'alimentation interne, contourne le noyau central lors du remplissage du disque et rejoint le canal d'alimentation interne opposé. Du fait de la durée relativement longue du processus, la température diminue davantage et la viscosité augmente en conséquence. Le temps nécessaire à la remontée et à l'évacuation des bulles est alors court, et le fer en fusion se solidifie avant que le gaz ne soit complètement évacué, ce qui favorise l'apparition de pores. Par conséquent, il est possible de prolonger le temps de remontée et d'évacuation des bulles en augmentant la température du fer en fusion au niveau du disque, à l'opposé du canal d'alimentation interne.
