La fissuration par retrait est l'un des défauts les plus destructeurs dans le moulage sous pression des alliages d'aluminium., fissures linéaires qui pénètrent souvent dans toute la pièce. Contrairement aux imperfections de surface (Par exemple, marques) qui affectent l'esthétique, les fissures de retrait compromettent directement l'intégrité structurelle: les pièces présentant de telles fissures peuvent se briser sous la charge, entraînant des risques pour la sécurité (Par exemple, panne de composant automobile) ou une mise au rebut coûteuse (les taux de rebut peuvent atteindre 8 à 15 % pour les pièces à parois épaisses). Mais qu'est-ce qui déclenche exactement ce défaut? Est-ce un problème matériel, un défaut de conception du moule, ou une erreur de paramètre de processus? Cet article détaille les causes multidimensionnelles de la fissuration par retrait et propose des solutions concrètes pour la prévenir..
1. Qu'est-ce que la fissuration par retrait dans le moulage sous pression en alliage d'aluminium?
Avant de plonger dans les causes, il est essentiel de définir clairement le défaut, afin d'éviter toute confusion avec d'autres types de fissures. (Par exemple, fissures froides dues à un refroidissement rapide).
| Fonctionnalité | Fissuration par retrait | Craquage à froid (pour comparaison) |
| Apparence | Mince, fissures de branchement; suit souvent des chemins de solidification (Par exemple, le long des transitions d'épaisseur de paroi). | Droit, fissures fragiles; pas de branchement; les bords ne montrent aucune oxydation. |
| Temps de formation | Se produit lors de la solidification (lorsque l'alliage se contracte mais est contraint). | Formes après solidification (en raison du refroidissement rapide et du stress thermique). |
| Zones à forte incidence | Sections à parois épaisses (Par exemple, nervures du bloc moteur), transitions d'épaisseur de paroi (Par exemple, 10mm → 3 mm), et à proximité des noyaux/inserts. | Coins pointus, lignes de joint de moule, et zones à fortes contraintes résiduelles. |
| Méthode de détection | Détection des défauts aux rayons X (pour les fissures internes); contrôle par ressuage (PPP) pour les fissures de surface. | Tests ultrasoniques (Utah); visible à l'œil nu pour les cas graves. |
2. Causes multidimensionnelles de la fissuration par retrait
La fissuration par retrait n’est pas causée par un seul facteur : elle résulte de synergie des propriétés des matériaux, conception de moisissure, paramètres de processus, et erreurs opérationnelles. Vous trouverez ci-dessous une ventilation détaillée de chaque cause principale:
UN. Facteurs matériels: Le « fondement » de la susceptibilité aux fissures
La composition et la microstructure de l'alliage d'aluminium déterminent directement sa capacité à résister aux contraintes de retrait.
| Problème important | Détails techniques | Impact sur la fissuration par retrait |
| Surcharge d'éléments nocifs | – Fer (Fe) contenu >1.2%: Forme des phases β-Al₅FeSi dures qui affaiblissent les joints de grains.- Zinc (Zn)/Cuivre (Cu) excès dans les alliages al-si-cu: Augmente la fragilité (la résistance à la traction diminue de 15 à 20 %).- Magnésium (Mg) excès dans les alliages Al-Mg: Provoque une corrosion intergranulaire, réduisant la résistance aux fissures. | Les phases difficiles agissent comme des points de concentration du stress; brittle alloys break easily when shrinkage is constrained. |
| Impurities & Oxides | Raw materials with >0.5% oxide slag or foreign particles (Par exemple, poussière, oil residues). | Oxides hinder metal flow during solidification, creating voids that evolve into cracks under stress. |
| Abnormal Grain Structure | Grains grossiers (taille des grains >100µm) or non-dendritic structures from uneven cooling. | Coarse grains reduce grain boundary bonding force—shrinkage stress pulls grains apart, forming cracks. |
B. Défauts de conception du moule: Le déclencheur « structurel »
Poor mold design creates physical constraints that amplify shrinkage stress.
1. Structure de pièce/moule déraisonnable
- Sudden Wall Thickness Changes: A thickness ratio >3:1 (Par exemple, 9mm → 3 mm) forme des « points chauds » : les zones épaisses se solidifient lentement, tandis que les zones minces se solidifient en premier. Le mince, les sections rigides limitent le retrait de la section épaisse, générer une contrainte de traction (>250MPa for Al-Si alloys) ça provoque des fissures.
- Coins pointus & Manque de transitions: Coins sans bords arrondis (rayon <1MM) concentrer le stress (stress concentration factor >3). La contrainte de retrait dépasse ici la résistance à la traction de l’alliage (généralement 200 à 300 MPa pour l'aluminium), conduisant à la fissuration.
2. Échec du contrôle de la température du moule
- Surchauffe locale: Refroidissement insuffisant dans les zones de moule à parois épaisses (Par exemple, pas de canaux de refroidissement à proximité de cavités de 10 mm d'épaisseur) retarde la solidification. L'état liquide prolongé signifie que l'alliage rétrécit davantage, tandis que le métal solidifié environnant résiste, créant des fissures.
- Gradients de température sévères: A temperature difference >40°C between the upper and lower mold halves (Par exemple, 220° C VS. 180° C) perturbe l'ordre de solidification. Le métal dans les zones chaudes rétrécit plus tard, mais les zones froides sont déjà rigides, forcer les fissures.
3. Lacunes du système de contrôle
- Portes intérieures trop fines: Une épaisseur de portail <1MM (pour pièces avec parois de 5 mm) limite la transmission de pression. The far end of the casting doesn’t receive enough pressure to compensate for shrinkage, leading to voids and subsequent cracking.
- Poor Runner Layout: Turbulent flow from misaligned runners (Par exemple, 90° bends without gradual transitions) causes cold separation. These weak, partially fused areas become crack initiation points when shrinkage occurs.
C. Incohérences des paramètres de processus: Le catalyseur « opérationnel »
Incorrect die casting parameters exacerbate shrinkage stress and reduce the alloy’s ability to resist cracking.
| Problème de paramètre | Détails techniques | Seuils quantitatifs | Impact on Cracking |
| Température de coulée excessive | Température >720° C (for Al-Si alloys) prolonge le temps de solidification. | Chaque augmentation de 10°C au-delà de 700°C prolonge la solidification d'environ 15 %, augmentation du volume de retrait. | Temps de retrait plus long = plus d'accumulation de contraintes; l'alliage surchauffé devient également plus cassant. |
| Préchauffage insuffisant du moule | Température de moisissure <180° C (for Al-Si alloys) provoque un refroidissement rapide de la surface. | Un moule à 150°C refroidit la surface de l'alliage pour qu'il se solidifie <1 deuxième, tandis que le noyau reste liquide. | La couche superficielle rigide emprisonne le noyau qui rétrécit, créant une contrainte de « traction » qui fissure la pièce. |
| Faible pression spécifique d'injection | Pression <50MPA (pour moulage sous pression en chambre froide) ne parvient pas à compenser le retrait. | Pression <40MPA: L'extrémité de la pièce moulée présente un taux de porosité de retrait >5% (Norme ASTM E446). | Les zones poreuses sont faibles; la contrainte de retrait transforme les petits pores en grandes fissures. |
| Vitesse de remplissage incorrecte | – Trop vite (>5MS): Provoque des turbulences et un entraînement de gaz.- Trop lent (<2MS): Prolonge la solidification, retrait croissant. | Vitesse >6MS: La teneur en gaz dans l'alliage double (depuis 0.2 à 0,4 cc/100 g d'Al). | Les bulles de gaz agissent comme des concentrateurs de stress; un remplissage lent amplifie les contraintes de retrait. |
D. Opérationnel & Erreurs de maintenance: Le facteur « humain »
Même avec de bons matériaux et un bon design, des erreurs pendant le fonctionnement peuvent déclencher des fissures de retrait.
- Contamination par l'huile de poinçon: Lubrification goutte à goutte excessive ( >5 drops per cycle) introduit de l'huile non brûlée dans l'alliage fondu. L'huile forme des inclusions de carbone dur (taille 5–10 μm) qui affaiblissent l'alliage - les contraintes de retrait se propagent le long de ces inclusions.
- Agent de démoulage pour pulvérisation excessive: Couches épaisses d'agent de démoulage (>10μm) obstruer les rainures d'échappement, piégeage du gaz. Le gaz se dilate pendant la solidification, pousser contre l'alliage et créer des fissures.
- Ouverture retardée du moule: Mold opening time >60 seconds (Pour les pièces à parois épaisses) maintient le moulage dans le moule pendant qu'il continue à rétrécir. La rigidité du moule évite le retrait naturel, building up stress that cracks the part when demolded.
- Uneven Ejection Force: Ejector rods with misaligned positions (偏差>0.1mm) or unsynchronized movement apply local pressure (>300MPa) to the casting. This extra force, combined with shrinkage stress, causes cracking at the ejection points.
3. Cadre de solutions: Prévenir & Réparer les fissures de retrait
Resolving shrinkage cracking requires a holistic approach—addressing material, conception, processus, and operational issues. Below is a step-by-step solution:
UN. Optimisation des matériaux: Améliorer la résistance aux fissures
- Composition de l'alliage de contrôle:
- Fe ≤0.9%, Zn ≤0.5%, Cu ≤1.0% (for Al-Si-Cu alloys like ADC12).
- Add 0.1–0.2% titanium (De) affiner les grains (reduces grain size to <50µm), improving tensile strength by 15–20%.
- Purify the Alloy:
- Use a three-stage degassing process: rotary blowing (400RPM) → ceramic foam filtration (20-ppi filters) → online slag removal. This reduces oxide content to <0.1%.
- Preheat Raw Materials:
- Preheat ingots to 300–400°C before melting to remove moisture and oil—avoids inclusions.
B. Amélioration de la conception des moules: Réduire les contraintes de retrait
- Optimize Part Structure:
- Limit wall thickness ratio to ≤2:1 (Par exemple, 6mm → 3 mm).
- Add rounded corners (radius ≥2mm) to reduce stress concentration.
- Pour pièces à parois épaisses ( >8mm), add “shrinkage compensation” ribs (width 3–5mm) to absorb shrinkage stress.
- Improve Temperature Control:
- Install conformal cooling channels (distance from cavity: 5–8mm) for uniform temperature.
- Use a mold temperature controller with ±5°C tolerance to eliminate gradients.
- Redesign Gating Systems:
- Inner gate thickness: 1.5–2× the part’s wall thickness (Par exemple, 6mm gate for 3mm walls).
- Use fan gates or spiral runners to ensure laminar flow (Nombre de Reynolds <2000).
C. Ajustement précis des paramètres de processus
| Paramètre | Optimal Settings (Al-Si Alloys, Chambre froide) | Méthode de surveillance |
| Température de coulée | 680–700 ° C | Digital thermocouple (±2°C accuracy) |
| Température de préchauffage du moule | 200–220 ° C | Imageur thermique infrarouge |
| Injection Specific Pressure | 50–70MPa | Pressure sensor (real-time curve monitoring) |
| Vitesse de remplissage | 3–4m/s (staged: slow start → fast middle → slow end) | Speed encoder (±0.1m/s precision) |
| Temps de maintien | 10–15 secondes (1.5× temps de solidification) | Timer linked to mold temperature |
| Mold Opening Time | 30–45 seconds (for 8–10mm thick parts) | Proximity sensor (triggers opening when core temperature <300° C) |
D. Standardisation opérationnelle
- Punch Oil Control: Limit to 2–3 drops per cycle; use high-temperature-resistant oil (stable at >300°C).
- Demande d'agent de démoulage: Vaporiser un mince, couche uniforme (5–8μm) with an airbrush; clean exhaust grooves after 50 cycles.
- Ejection System Check: Align ejector rods monthly (偏差 ≤0.05mm); test synchronization with a force gauge (ensure uniform pressure <200MPA).
4. Le point de vue de Yigu Technology sur la fissuration par retrait du moulage sous pression des alliages d'aluminium
À la technologie Yigu, we see shrinkage cracking as a “systemic signal”—it reveals gaps in material control, conception, or process. For automotive clients producing thick-walled engine brackets, our alloy optimization (Fe ≤0.8%, Ti refinement) and conformal cooling molds reduced shrinkage cracking from 12% à <1.8%. For 3C clients with thin-walled parts, our AI-driven process control (real-time pressure/speed adjustment) eliminated cracking caused by parameter mismatches.
Nous faisons progresser deux innovations clés: 1) A “shrinkage stress simulation tool” that predicts cracking risks in mold design (cuts trial-and-error time by 40%); 2) Wear-resistant mold coatings (Tialn) that maintain uniform temperature, reducing local overheating. Our goal is to help manufacturers shift from “post-repair” to “prevention”—turning shrinkage cracking from a costly defect into a controllable factor.
FAQ
- Can shrinkage cracks in aluminum alloy die castings be repaired, or must the part be scrapped?
Minor surface cracks (profondeur <0.5MM) can be repaired with aluminum alloy welding (Soudage Tig) followed by heat treatment. Cependant, internal or deep cracks (>0.5MM) require scrapping—repairing hides structural weaknesses that may fail under load. We recommend X-ray testing to assess crack depth before deciding.
- Does shrinkage cracking affect only thick-walled parts, or can thin-walled parts also be affected?
Pièces à parois épaisses ( >5MM) are more prone, but thin-walled parts can also crack if there are sudden thickness changes (Par exemple, 2mm → 5mm) or poor mold cooling. Par exemple, thin-walled LED heat sinks with 3mm-thick mounting bosses often crack at the boss-base transition—fix this by adding a 1mm transition fillet.
- How can I quickly diagnose if a crack is caused by shrinkage or cold cracking?
Check two factors: 1) Edge oxidation: Shrinkage cracks (formed during solidification) have oxidized edges (brown/black), while cold cracks (formed after solidification) have bright, unoxidized edges. 2) Emplacement: Shrinkage cracks occur at thick areas/transitions; cold cracks occur at sharp corners or parting lines. For confirmation, use X-ray to see if the crack follows solidification paths (rétrécissement) or is straight (froid).