La solidification des métaux expliquée :de la fusion à la coulée

La solidification des métaux est le processus complet de transformation d'un liquide en un solide et la base de la technologie de moulage, comprenant la fusion, le versement et la resolidification d'un métal ou d'un alliage métallique dans un moule pour produire le produit final souhaité.  

1. Fondre

Le processus de coulée 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 à environ 900 degrés F, tandis que certains alliages de bronze fondent à plus de 2 000 degrés F. Les métaux purs fondent à la même température constante. À l'inverse, les alliages métalliques fondent dans une plage de températures en fonction de la composition des matériaux. A l’état fondu, un métal contient une grande quantité d’énergie. L'alliage, chauffé au-dessus de son point de fusion, laisse suffisamment de temps au métal pour être coulé dans le moule avant qu'il ne refroidisse.

2. Dégazage et modification

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

De nombreux alliages nécessitent une modification avant la coulée. 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. Verser

Après dégazage et modification, nous testons la température du métal pour nous assurer qu'elle est d'environ 50 à 150 degrés Fahrenheit au-dessus de la température de coulée souhaitée. Les 50 à 150 degrés supplémentaires laisseront suffisamment de temps au métal pour couler dans toute la pièce avant de se solidifier pendant le processus de coulée. Nous transportons le creuset ou la poche jusqu'aux lignes de coulée et versons le métal liquide dans des moules préparés. La cavité creuse du moule correspond à la forme du produit final souhaité. Parfois, cette cavité est constituée d’une seule partie, et parfois de plusieurs parties 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 pénètre dans la cavité du moule.

4. Congélation

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

5. Solidification

À mesure que la température baisse, 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 finissent par devenir des grains au sein de 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 toute la masse fondue se solidifie.

Durant le processus de solidification, le métal rétrécit. Le retrait se produit parce que la plupart des métaux sont moins denses sous forme liquide que sous forme solide. Le retrait peut créer un vide au dernier point de solidification. Il est possible d'éviter les défauts de retrait en utilisant des colonnes montantes et d'autres techniques. Les colonnes montantes, également connues sous le nom d'alimentateurs, sont des réservoirs intégrés dans un moule de coulée métallique qui aideront à prévenir les cavités dans la coulée.

6. Casting

Une fois durci, le produit métallique refroidi est retiré ou secoué du moule en sable pour terminer le processus de solidification. La pièce finie s’appelle un moulage. 

Bien que différentes méthodes de coulée utilisent divers équipements et techniques, toutes observent le processus de solidification du métal. Il faut une fonderie expérimentée et compétente pour contrôler ce processus et éviter les défauts de coulée résultant d'une mauvaise manipulation du processus de solidification.

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