Étude et modélisation du frittage de pièces moulées par injection de poudres métalliques d'acier inoxydable et de superalliage de nickel

Stainless Steel and Superalloy parts have been obtained by Maetta metal injection molding process to understand the sintering and to build a model of the shrinkage and the density by DOE after sintering. Maetta process consists of low pressure injection molding; this technology is competitive for medium series and complex geometries. The experimental procedure shows how to reduce the dimensions variability and to optimise the cost and the mechanical properties for the chosen alloys on Maetta equipments. The parts have been injected with a Maetta mixer and pneumatic presses. After that, the binder removal was done by capillary debinding. All sintering have been managed following a design of experiment (DOE) plan. The results of density measured by the Archimede's method and shrinkage were obtained by a regression model as a function of final heating ramp, soaking temperature and time. The simulation predicts experimental results with a relative error of 0,25% on the density and 2,2% for the shrinkage. The model is a good way to begin a complete simulation that regroups all effects on the dimensions of sintered parts for the Maetta process. The effects of the geometry, powder characteristics and debinding step on density and dimensions after sintering are not added in this study. Other studies would be necessary to build a global simulation.

Résumé

Une modélisation statistique du retrait et de la densité en fonction du profil thermique lors du frittage a été faite sur des pièces moulées par le procédé d'injection de poudres métalliques Maetta pour des alliages d'acier inoxydable et un superalliage de nickel. Le procédé Maetta est un procédé d'injection de poudres à basse pression; cette technologie est compétitive pour des moyennes séries et des géométries complexes. Les données recueillis montrent comment diminuer la variabilité dimensionnelle, optimiser le coût et les propriétés mécaniques des alliages choisis avec les équipements Maetta. Les échantillons ont été injectés avec les mélangeurs Maetta et avec des presses pneumatiques. Ensuite, le liant a été extrait par déliantage capillaire. Les frittages ont été faits suivant un plan d'expériences (DOE). Les mesures de densité frittée par la méthode d'Archimède et du retrait dimensionnel obtenues ont permis de bâtir des modèles statistiques de frittage en fonction de la chauffe finale, de la température finale et du temps de frittage. Les résultats permettent de prédire la densité des pièces frittées avec une erreur relative de 0,25%. La prédiction du retrait dimensionnel est moins précise, l'erreur relative est de 2,2%. Cette méthode de modélisation pourrait être le début d'une démarche plus complète pour simuler le retrait dimensionnel lors du procédé d'injection de poudre Maetta. Elle tient compte du profil de frittage, mais n'intègre pas la géométrie de la pièce, les caractéristiques des poudres et le déliantage. Ces effets devront être additionnés pour obtenir un modèle statistique complet.