Solidification des Métaux Expliquée : De la Fusion à la Fonderie

La Solidification des Métaux est le processus de transformation complet d'un liquide en solide et la base de la technologie de fonderie, incluant la fusion, le versement et la re-solidification d'un métal ou alliage dans un moule pour produire un produit final souhaité.

1. Fusion

Le processus de fonderie commence par chauffer un alliage métallique dans un creuset jusqu'à ce qu'il fonde. Le métal chauffé devient liquide lorsqu'il atteint son point de fusion. Le point de fusion du métal dépend du type de métal ou d'alliage. Par exemple, les alliages de zinc fondent autour de 480 °C, tandis que certains alliages de bronze fondent au-dessus de 1100 °C. Les métaux purs fondent à une température constante. Inversement, les alliages métalliques fondent dans une plage de températures selon la composition des matériaux. Dans son état fondu, un métal contient une grande quantité d'énergie. L'alliage, chauffé au-dessus de son point de fusion, permet suffisamment de temps pour que le métal soit versé dans le moule avant qu'il ne refroidisse.

2. Dégazage et Modification

Avant le versement, les alliages de zinc et d'aluminium doivent être dégazés. Le dégazage est accompli en insérant une lance en graphite dans le bain. La lance tourne très vite, puis de l'argon ou de l'azote est injecté à travers la lance, le dispersant dans l'alliage fondu. L'argon ou l'azote déplace l'hydrogène dissous et autres contaminants vers la surface du bain. Nous retirons ensuite cette contamination de la surface avant de verser l'alliage dans le moule.

De nombreux alliages nécessitent une modification avant le versement. Ces modifications augmentent la fluidité du métal, améliorent la structure des grains, éliminent les contaminants, etc. Certains des matériaux que nous utilisons pour y parvenir sont le titane-bore, le cuivre-phosphore, le strontium, le manganèse, etc.

3. Versement

Après le dégazage et la modification, nous testons la température du métal pour nous assurer qu'elle est d'environ 30-80 °C au-dessus de sa température de versement souhaitée. Les 30-80 °C supplémentaires permettront suffisamment de temps pour que le métal s'écoule dans toute la pièce avant de se solidifier pendant le processus de versement. Nous transportons le creuset ou la poche vers les lignes de versement et versons le métal liquide dans les moules préparés. La cavité creuse du moule a la forme du produit final souhaité. Parfois cette cavité est une seule pièce, et parfois, ce sont plusieurs pièces individuelles. Il est impératif de garder la lèvre du creuset aussi près que possible du moule en sable pour réduire la vitesse du métal lorsqu'il entre dans la cavité du moule.

4. Figement

Une fois le liquide en fusion versé dans le moule, il refroidit rapidement. Lorsque la température du métal liquide descend en dessous du point de fusion de ce métal ou alliage particulier, le processus de solidification commence. Le processus de figement prend généralement moins de quelques minutes.

5. Solidification

Alors que la température baisse davantage, le métal en fusion perd de l'énergie, et des cristaux commencent à se former. Ce processus commence près des parois du moule, où il refroidit en premier. Ces cristaux deviennent éventuellement des grains dans la structure finale. Si le métal se solidifie lentement, les grains sont plus longs. S'il refroidit rapidement, les grains sont visiblement plus courts. Les cristaux (ou dendrites) continuent de se former et de durcir jusqu'à ce que tout le bain se solidifie.

Pendant le processus de solidification, le métal se rétracte. La rétraction se produit car la plupart des métaux sont moins denses à l'état liquide qu'à l'état solide. La rétraction peut créer un vide au dernier point à se solidifier. Éviter les défauts de rétraction peut être accompli par l'utilisation de masselottes et d'autres techniques. Les masselottes, aussi appelées alimentateurs, sont des réservoirs intégrés dans un moule de fonderie qui aident à prévenir les cavités dans la pièce.

6. Fonderie

Une fois durci, le produit métallique refroidi est retiré ou débarrassé du moule en sable pour compléter le processus de solidification. La pièce finie s'appelle une pièce coulée.

Bien que différentes méthodes de fonderie emploient divers équipements et techniques, toutes observent le processus de solidification des métaux. Il faut une fonderie expérimentée et qualifiée pour contrôler ce processus et éviter les défauts de fonderie résultant d'une manipulation inadéquate du processus de solidification.

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