Fonte ductile de moulage au sable – Capacités et limites du procédé

L'acier au carbone n'est pas facile à poncer en raison de son point de fusion élevé. La fonte ductile est une alternative. Son point de fusion inférieur permet d'obtenir des propriétés métallurgiques similaires à celles de l'acier dans une pièce coulée au sable. Passer de l'acier aux pièces moulées en fonte ductile est un moyen de réduire les besoins d'usinage et peut-être aussi le coût par pièce.

Voici une introduction à la fonte ductile et une explication de ce qu'implique le moulage au sable.

Deux types de fonte

Les fondeurs fabriquent et travaillent la fonte grise depuis des siècles. Il fond et coule facilement et a une bonne usinabilité, mais son inconvénient est sa faible résistance à la traction et sa ductilité.

La faible résistance est causée par des flocons de graphite répartis dans toute la matrice métallique. Ceux-ci fournissent des points d'initiation de fissures qui conduisent à la faiblesse.

La fonte ductile, mise au point au milieu du XXe siècle, surmonte ce problème. L'ajout de petites quantités d'éléments soigneusement sélectionnés à de la fonte brute de haute qualité riche en carbone crée de minuscules sphères de graphite dans une matrice de ferrite et de perlite (Fe3C) au lieu de flocons. Pour cette raison, on parle parfois de fonte sphéroïdale ou nodulaire.

La fonte ductile est légèrement moins dense que l'acier (0,256 lb/in3 / 7,1 g/cm3 contre 0,284 lb/in3 / 7,8 g/cm3), et donc plus légère, mais la résistance à la traction est très similaire. Il a une ductilité moyennement bonne, une bonne résistance à l'usure et peut absorber les chocs.

Le processus de moulage au sable

Le moulage au sable commence par un motif qui reproduit la pièce coulée. Celui-ci est placé dans une boîte remplie de sable. Le motif est ensuite retiré pour laisser une cavité qui sera remplie de métal.

La boîte, techniquement, un "flacon", comprend deux moitiés, une "chape" supérieure et une "traînée" inférieure. Des passages sont formés dans la chape où le métal s'écoulera et l'excès de métal remontera une fois la cavité remplie. Ce sont les coureurs et les contremarches.

Une fois que le métal s'est solidifié, le sable est secoué et la pièce moulée est envoyée pour le retrait des canaux et des contremarches avant d'être usinée.

Fere ductile et sable

Le sable joue un rôle essentiel dans le processus de moulage. Légèrement perméable, il permet au gaz de s'échapper tout en refroidissant le métal liquide, qui se solidifie de l'extérieur vers l'intérieur. La densité de compactage et la composition du sable doivent être gérées avec soin pour assurer un retrait du métal et une qualité de pièce constants.

La fonte ductile est généralement coulée dans du sable vert contenant environ 5 % de poussière de charbon. "Vert" dans ce contexte ne fait pas référence à la couleur mais à la teneur en humidité. Le sable "vert" est du sable qui n'a pas subi de processus de séchage.

En plus du sable lui-même, le sable vert pour la coulée contient une proportion d'argile bentonite. Cela agit comme un liant et maintient le sable compacté ensemble dans le ballon.

La poussière de charbon, parfois appelée «charbon de mer», est un constituant important du sable pour la fonte ductile. Son rôle est de produire une atmosphère réductrice qui absorbe l'oxygène dégagé lors du contact du fer chaud avec le sable. Il ralentit l'expansion et donne des surfaces coulées plus lisses et plus propres avec moins de sable brûlé. Le sable de coulée contenant de la poussière de charbon se reconnaît facilement à son aspect gris ou presque noir.

Inoculation en fonte

Deux étapes de traitement sont essentielles pour fabriquer des pièces en fonte qui peuvent rivaliser avec l'acier. Ce sont l'inoculation et le traitement au magnésium. Pour une fonte ductile de la meilleure qualité elles sont réalisées juste avant la coulée.

L'inoculation traite la tendance du carbone à précipiter sous forme de flocons de graphite. Cela implique l'ajout de petites quantités d'alliages spécialement sélectionnés qui fournissent des points de nucléation ou de cristallisation du carbone. Cela évite la formation des flocons qui nuisent à la résistance et à la ductilité.

De la même manière, du magnésium est ajouté pour « éponger » tout soufre contenu dans le fer. Comme pour l'inoculation, cela améliore les propriétés mécaniques du métal résultant.

Capacités et limites

Le moulage au sable ductile est idéal pour produire des pièces en fonte qui peuvent rivaliser avec l'acier. Des tolérances de retrait et des angles de dépouille sont nécessaires pour créer des pièces de qualité et un usinage secondaire sera presque toujours nécessaire pour ajouter des caractéristiques de précision telles que des trous et des surfaces de montage. De plus, les sections minces ne sont pas pratiques. Cependant, de bonnes finitions de surface peuvent être obtenues avec l'utilisation de poussière de charbon.

Le moulage au sable offre peu de limitation à la taille des pièces qui peuvent être moulées. Les petites pièces pesant moins d'une livre (0,5 kg) moulées ainsi que celles pesant des centaines de livres et mesurées en pieds.