Sable de moulage :types et constituants | Coulée | Métallurgie

Dans cet article, nous discuterons de:- 1. Définition du sable de moulage 2. Types de sable de moulage 3. Constituants principaux.

Définition de Sable de moulage  :

La principale matière première utilisée dans le moulage est le sable de moulage car il offre plusieurs caractéristiques majeures qui ne peuvent être obtenues à partir d'autres matériaux. Le sable de moulage est défini comme des particules granulaires résultant de la décomposition de roches, en raison de l'action de forces naturelles, telles que le gel, le vent, la pluie, la chaleur et les courants d'eau. Les roches ont une composition complexe et le sable contient la plupart des éléments des roches.

Pour cette raison, le sable de moulage diffère considérablement d'une partie du monde à l'autre. Dans la nature, on le trouve au fond et sur les rives des rivières et des lacs. Le sable de moulage est classé en différentes catégories selon la nature de son origine.

Les principaux constituants des sables de moulage sont les suivants :

je. Silice (SiO₂ )—86 à 90 %,

ii. Alumine (Al₂ O₃ )—4 à 8%,

iii. Oxyde de fer (Fe₂ O₃ )—2 à 5% avec de plus petites quantités d'oxydes de Ti,

iv. Mn

v. Ca, et quelques composés alcalins.

Sable naturel :

Il est également appelé sable vert et est extrait des ressources naturelles. Il contient de l'eau comme seul liant. Il a l'avantage de maintenir la teneur en humidité pendant longtemps, d'avoir une large plage de teneur en humidité, permettant un rapiéçage et une finition faciles des moules.

Sable synthétique :

C'est un sable artificiel obtenu en mélangeant du sable relativement exempt d'argile, un liant (eau et bentonite) et d'autres matériaux selon les besoins. C'est un meilleur sable de moulage car ses propriétés peuvent être facilement contrôlées en faisant varier la teneur du mélange.

La composition du sable synthétique vert pour les pièces moulées en acier est la suivante.

Nouveau sable de silice — 25 %, vieux sable — 70 %, bentonite — 1,5 %, dextrine — 0,25 % et humidité — 3 à 3,5 %.

La composition du sable synthétique sec pour les pièces moulées en acier est la suivante.

Sable de silice net — 15 %, vieux sable 84 %, bentonite — 0,5 % et humidité — 0,5 %.

En plus de cela, il existe certaines variétés de sables spéciaux comme la Zirconite, l'Olivine etc. Ces sables spéciaux sont plus chers que la silice et ne sont donc utilisés que lorsque leur utilisation est justifiée.

Types de sable de moulage :

Les sables de moulage peuvent être classés, selon leur utilisation sous :

(i) Sable vert :

Lorsque le sable est dans son état naturel (plus ou moins humide), il est appelé sable vert. C'est un mélange de sable de silice, avec 18 à 30 % d'argile et 6 à 8 % d'eau. L'argile et l'eau donnent une force de liaison au sable vert.

Il est fin, doux, léger et poreux. Étant humide, il conserve la forme qui lui est donnée sous la pression lors de la compression.

Au fur et à mesure que le moule se densifie par pilonnage, la structure est rendue poreuse par ventilation. Les arêtes vives sont évitées dans le moulage en sable vert, car celles-ci étant faibles, elles se cassent lorsque du métal chaud est coulé.

Le sable vert est généralement utilisé pour couler des moules de petite ou moyenne taille. Une plus grande production peut être obtenue à partir d'une surface au sol donnée car le coût et le délai impliqués dans le séchage des moules sont économisés. La poussière de charbon est mélangée à du sable vert pour éviter les défauts dans les pièces moulées.

(ii) Sable sec :

Le moulage au sable sec est utilisé pour les grandes pièces moulées. Les moules préparés dans du sable vert sont séchés ou cuits pour éliminer presque toute l'humidité du sable humide. La structure dans les boîtes de moulage après séchage devient plus solide et compacte. Une ventilation est donc nécessaire mais pas à ce point, comme dans le cas de la moisissure verte du sable. Pour les moisissures lourdes plus grandes, la bouse de vache, le fumier de cheval, etc. sont mélangés au sable de grains plus grossiers.

(iii) Sable limoneux :

C'est un mélange d'argile et de sable broyé avec de l'eau en une fine pâte plastique, à partir de laquelle des moules sont construits sur un support de briques tendres.

Le sable limoneux contient jusqu'à 50 % d'argile et sèche dur. Il contient également de l'argile réfractaire. Il doit être suffisamment adhésif pour tenir sur les surfaces verticales de la structure rugueuse du moule. Les déchets hachés et le fumier sont couramment utilisés pour faciliter le liage. Le taux d'humidité est de 18 à 20 %.

Le limon est séché très lentement et complètement avant d'être prêt à être coulé. Il est utilisé pour couler des pièces moulées de forme régulière plus grandes comme des casseroles chimiques, des tambours, etc.

(iv) Face au sable :

Il est utilisé directement à côté de la surface du motif et il entre en contact avec le métal en fusion. Étant donné qu'il est soumis aux conditions les plus sévères, il doit posséder une résistance élevée et un caractère réfractaire. Il est composé de sable de silice et d'argile, sans ajout de sable usagé.

Différentes formes de carbone connues sous le nom de matériaux de revêtement (par exemple, la poudre de plumbago, le plomb de Ceylan ou le graphite) sont utilisées pour empêcher le métal de brûler dans le sable. Parfois, ils sont mélangés avec 6 à 15 fois de sable de moulage fin pour faire des parements de moules.

Couche de sable de parement dans un moule, généralement comprise entre 20 et 30 mm. Le sable de parement comprend 10 à 15 % de la quantité totale de sable de moulage.

(v) Sable de support :

L'ancien sable de moulage utilisé à plusieurs reprises, de couleur noire en raison de l'ajout de poussière de charbon et de la combustion ou du contact avec le métal en fusion, est connu sous le nom de sable de support ou de sable de sol ou de sable noir. Il est utilisé pour remplir le moule à l'arrière de la couche de parement. Sa force de liaison est faible car les arêtes vives du grain de sable s'arrondissent en raison de la température élevée du métal en fusion et de la combustion de la teneur en argile.

(vi) Sable système :

Ceci est utilisé dans le moulage à la machine pour remplir tout le flacon. Sa résistance, sa perméabilité et son caractère réfractaire doivent être supérieurs à ceux du sable de support.

(vii) Sable de séparation :

Les boîtes de moulage sont séparées et adhèrent les unes aux autres en répandant un sable sec fin et tranchant appelé « sable de séparation ». Le sable de séparation est également utilisé pour empêcher le sable vert de coller au motif. C'est du sable de silice propre et sans argile. Du sable à noyau brûlé pourrait également être utilisé à cette fin.

(viii) Sable de noyau :

Il est utilisé pour fabriquer des noyaux. Il s'agit de sable de silice mélangé à de l'huile de noyau (huile de lin, colophane, huile minérale légère et autres liants). Par souci d'économie, du poix ou de la farine et de l'eau peuvent être utilisés comme sable de noyau pour les gros noyaux.

(ix) CO₂ -Sable :

Dans CO₂ sable, les grains de silice, au lieu d'être enrobés d'argile naturelle, sont enrobés de silicate de sodium. Ce mélange est d'abord tassé autour du motif puis durci par passage de CO₂ à travers les interstices pendant environ une minute. Le sable durcit ainsi et produit une moisissure solide.

(x) Shell Sands :

Les sables à coque sont des sables synthétiques recouverts de résines phénol ou urée-formaldéhyde et durcis contre un motif chauffé pour produire une coque fine et très résistante. Aucun sable d'appoint n'est nécessaire pour supporter le poids de la pièce moulée. Comme les alliages se solidifient à haute température, les résines ne sont pas dissociées. Mais les moules se désintègrent lorsque le moulage s'est solidifié en raison de la rupture de la liaison chimique par la chaleur du moulage en cours de solidification.

(xi) Face au sable :

Habituellement, le sable de parement est d'abord appliqué sur le motif, de sorte que seul il entre en contact avec le métal en fusion. Ce sable est suffisamment réfractaire pour ne pas fondre et brûler au contact du métal.

(xii) Sables d'accompagnement :

Ceux-ci sont appliqués comme support mécanique d'appoint au sable de parement. Ceux-ci sont perméables pour permettre aux gaz de s'échapper.

(xiii) Lavages de moules :

Ce sont des suspensions de fins grains de céramique. Ceux-ci sont appliqués sur les surfaces du moule pour minimiser la fusion des grains de sable en regard. Ceux-ci produisent également une surface plus lisse lors de la coulée en raison du remplissage des interstices.

Principaux constituants du sable de moulage  :

La silice, l'argile (liant) et l'humidité sont les trois principaux constituants du sable de moulage. La silice sous forme de quartz granulaire (lui-même un sable) est le principal constituant du sable de moulage. Le sable de silice contient de 80 à 90 % d'oxyde de silicium et se caractérise par une température de ramollissement élevée et une stabilité thermique. Il confère au sable un caractère réfractaire, une résistivité chimique et une perméabilité.

Il est spécifié en fonction de la taille et de la forme. Les grains de sable peuvent être fins, moyens ou grossiers en ce qui concerne la taille et peuvent être arrondis, semi-angulaires ou composés en ce qui concerne la forme. Le sable fin est souhaitable pour les moulages petits et complexes. Comme les grains fins sont proches, la perméabilité est mauvaise. Le sable de taille moyenne est utilisé pour les travaux d'établi et les travaux légers au sol. Les grosses particules sont utilisées pour les grandes pièces moulées afin de permettre aux gaz de s'échapper.

La taille des grains est déterminée en faisant passer du sable à travers des tamis de tamis. Les grains arrondis ont moins de contact les uns avec les autres et manquent de force; la perméabilité est élevée. Les grains subangulaires sont comparativement moins perméables que les grains ronds. Les grains angulaires ayant des bords définis donnent plus de résistance et moins de perméabilité. Les grains composés étant des morceaux durs ne sont pas préférés.

L'oxyde de silicium est obtenu à partir de roches de quartz ou par la décomposition de granit (composé de quartz et de feldspath).

Le feldspath, une fois décomposé, devient de l'argile qui confère de la plasticité au sable de moulage à l'état humide, c'est-à-dire confère l'action de liaison et la résistance nécessaires en présence d'humidité et augmente sa résistance après séchage. Normalement, la quantité d'argile trouvée dans le sable de silice varie de 6 à 10 %.

L'argile se compose en fait de limon fin (dépôt minéral n'ayant aucune propriété de liaison) et d'argile fine, qui confère la force de liaison nécessaire au sable de moulage afin que le moule ne perde pas sa forme après le pilonnage. Cependant, cela diminue la perméabilité. Trop d'argile provoque la fissuration du moule après séchage.

Les oxydes de fer magnésie, la soude potasse, la chaux et l'eau sont les autres substances que l'on trouve dans le sable de moulage. Un bon sable de moulage contient moins de 2 % d'impuretés. Le moulage au sable vert est réalisé avec du sable à faible teneur en humidité (3 à 5 %). Dans le moulage en sable sec, plus d'eau est présente lors de la fabrication du moule, car elle est bénéfique pour favoriser la force de liaison à sec après le stockage.

De nombreuses fois, de la poussière de charbon est également ajoutée, ce qui rend le sable plus ouvert et aide à refroidir le moule après la coulée du métal. Il absorbe une quantité assez élevée de chaleur, empêchant les grains de sable de surchauffer et de fondre. Il libère également du CO₂ dont le film protecteur aide à garder le métal et le sable séparés l'un de l'autre.

Fig. 3.17 montre quatre types de grains de sable. Le succès d'un processus de coulée dépend dans une large mesure de la résistance à la compression, de la perméabilité (débit de gaz à travers les échantillons de sable sous une pression différentielle spécifiée à travers elle), de la déformation, de la capacité d'écoulement (capacité du sable à s'écouler autour et sur le modèle pendant le pilonnage ) et le caractère réfractaire du sable de moulage. La figure 3.18 montre comment la teneur en humidité du sable de moulage (pour un rapport sable-argile donné) affecte toutes ces propriétés importantes du sable de moulage.