Sable de Moulage en Fonderie : Types, Constituants et Caractéristiques Clés

Cet article couvre : 1. Définition du sable de moulage 2. Types de sables 3. Constituants principaux.

Définition du Sable de Moulage

Matière première principale du moulage, le sable apporte des caractéristiques uniques. Défini comme particules granulaires issues de la désagrégation des roches par forces naturelles (gel, vent, pluie, chaleur, courants d'eau). Roches = composition complexe → sable contient la plupart des éléments des roches.

Pour cela, le sable de moulage varie considérablement selon les régions. Trouvé naturellement dans les fonds et rives de rivières et lacs. Classé selon l'origine.

Constituants Principaux (typiques) :

• Silice (SiO₂) — 86 à 90 %
• Alumine (Al₂O₃) — 4 à 8 %
• Oxyde de fer (Fe₂O₃) — 2 à 5 % + traces Ti, Mn, Ca, composés alcalins

Sable Naturel (Sable Vert / Green Sand)

Provenant de gisements naturels. Eau = seul liant. Avantages : maintient l'humidité longtemps, large plage de travail, raccommodage et finition faciles.

Sable Synthétique

Artificiel : sable relativement sans argile + liant (eau + bentonite) + autres additifs. Meilleur car propriétés contrôlables par dosage.

Composition sable vert synthétique pour acier : sable siliceux neuf 25 %, sable régénéré 70 %, bentonite 1,5 %, dextrine 0,25 %, humidité 3–3,5 %.

Composition sable sec synthétique pour acier : sable siliceux net 15 %, sable régénéré 84 %, bentonite 0,5 %, humidité 0,5 %.

Sables spéciaux (Zirconite, Olivine, etc.) : plus chers, utilisés seulement si justifié.

Types de Sables de Moulage (selon usage)

(i) Sable Vert (Green Sand)

État naturel (plus ou moins humide). Mélange silice + 18–30 % argile + 6–8 % eau. Argile + eau = cohésion. Fin, tendre, léger, poreux. Humide, garde la forme sous pression. Pilonnage densifie → structure rendue poreuse par éventage. Arêtes vives évitées (faibles, cassent au contact métal chaud). Pour pièces petites/moyennes. Rendement surfacique élevé (pas de séchage). Poudre de charbon ajoutée pour prévenir défauts.

(ii) Sable Sec (Dry Sand)

Pour grosses pièces. Moulage en sable vert puis séchage/cuisson pour éliminer quasi toute l'humidité. Structure plus résistante et compacte. Éventage nécessaire mais moins qu'en sable vert. Pour très gros moules : bouse de vache, fumier de cheval mélangés à sable plus gros grains.

(iii) Sable à Louer (Loam Sand)

Mélange argile + sable malaxé à l'eau en pâte plastique fine, construit sur support briques tendres. Jusqu'à 50 % argile, durcit au séchage. Contient chamotte. Doit être très adhérent pour tenir sur parois verticales. Paille hachée et fumier comme liants. Humidité 18–20 %. Séchage très lent et complet. Pour grosses pièces régulières (bacs, tambours).

(iv) Sable de Parement (Facing Sand)

Au contact direct du modèle et du métal en fusion. Conditions les plus sévères → haute résistance et réfractarité. Silice + argile, sans sable régénéré. Carbones (plombagine, graphite) empêchent métal de « brûler » le sable. Parfois mélangés 6–15× avec sable fin. Épaisseur 20–30 mm. Représente 10–15 % du sable total.

(v) Sable de Remplissage / Sable de Fond (Backing Sand)

Vieux sable réutilisé, noir (poudre de charbon + contact métal chaud). Remplit derrière la couche de parement. Cohésion faible (grains arrondis par chaleur, argile brûlée).

(vi) Sable de Système (System Sand)

Moulage machine, remplit tout le châssis. Résistance, perméabilité, réfractarité > sable de fond.

(vii) Sable de Démoulage (Parting Sand)

Sable fin, sec, sans argile, étendu entre boîtes pour éviter adhérence. Aussi empêche sable vert de coller au modèle. Sable de noyau brûlé possible.

(viii) Sable de Noyau (Core Sand)

Pour noyaux. Silice + huile de noyau (lin, colophane, huile minérale légère, autres liants). Économie : poix ou farine+eau pour gros noyaux.

(ix) Sable CO₂

Graines silice enrobées de silicate de sodium (au lieu d'argile naturelle). Tassé autour modèle, durci par passage CO₂ (~1 min) dans interstices. Moule dur et résistant.

(x) Sables Coquille (Shell Sands)

Sables synthétiques enrobés résines phénol/uréa-formaldéhyde, polymérisés sur modèle chauffé → coquille fine, très résistante. Pas de sable de fond nécessaire. Résines ne se dissocient pas (alliages = haute T° solidification). Moule se désagrège après solidification (rupture liaison chimique par chaleur).

(xi) Sables de Parement (Facing Sands) — rappel

Appliqués en premier sur modèle, seul contact avec métal. Assez réfractaires pour ne pas fondre/brûler.

(xii) Sables de Remplissage (Backing Sands) — rappel

Support mécanique au parement. Perméables pour échappement gaz.

(xiii) Badigeons de Moule (Mould Washes)

Boues de grains céramiques fins. Appliqués sur surfaces moule pour minimiser fusion grains parement. Lissent aussi la surface (comblent interstices).

Constituants Principaux du Sable de Moulage

Silice, argile (liant), humidité = trois piliers.

Silice

Quartz granulaire (sable lui-même). 80–90 % SiO₂. Haute température de ramollissement, stabilité thermique. Apporte réfractarité, inertie chimique, perméabilité. Spécifié selon taille et forme :

• Taille : fin, moyen, gros. Fin = pièces petites/complexes (mais perméabilité faible). Moyen = établi, travail léger. Gros = grosses pièces (échappement gaz).
• Forme : arrondi, semi-angulaire, angulaire, composé. Arrondi = moins de contact, faible résistance, haute perméabilité. Sous-angulaire = perméabilité intermédiaire. Angulaire = arêtes nettes, plus résistance, moins perméabilité. Composé = agglomérats durs, non préférés.

Taille par tamisage. SiO₂ de roches quartz ou décomposition granite (quartz + feldspath).

Argile

Feldspath décomposé → argile. Apporte plasticité à l'état humide (liaison + résistance en présence d'humidité, résistance accrue après séchage). Teneur typique dans sable siliceux : 6–10 %.

Argile = limon fin (sans pouvoir liant) + argile fine (liaison nécessaire). Trop d'argile → fissuration au séchage. Diminue perméabilité.

Autres Substances

Oxydes Fe, Mg, Na, K, Ca, eau. Bon sable = impuretés < 2 %. Sable vert : faible humidité (3–5 %). Sable sec : plus d'eau au moulage (favorise liaison sèche après stockage).

Poudre de charbon souvent ajoutée : ouvre le sable, refroidit moule après coulée. Absorbe chaleur (évite surchauffe/fusion grains). Libère CO₂ → film protecteur métal/sable.

Fig. 3.17 : 4 types de grains. Succès du moulage dépend grandement de : résistance à la compression, perméabilité (débit gaz sous ΔP), déformation, aptitude au fluage (écoulement autour modèle au pilonnage), réfractarité. Fig. 3.18 : influence humidité (pour ratio sable/argile donné) sur toutes ces propriétés.