Fonderie de précision sous vide : précision, qualité et fiabilité pour pièces métalliques à haute intégrité

La fonderie de précision sous vide produit des pièces métalliques de qualité extrêmement élevée, aux détails fins et à l'excellente finition de surface. Plus complexe que la fonderie de précision conventionnelle, elle nécessite des équipements sophistiqués de fusion et de remplissage du moule. Elle est donc réservée aux pièces nécessitant des niveaux très élevés d'intégrité structurelle où les défauts sont coûteux.

Pourquoi le vide ?

Le métal liquide a tendance à "tourbillonner" en s'écoulant dans le moule. Cette turbulence crée deux types de défauts : oxydes et porosité.

Les oxydes se forment quand les atomes de métal se lient à l'oxygène, à l'interface métal-air, formant une couche d'oxyde. Sur certains métaux comme l'aluminium, l'oxydation de surface est bénéfique (couche anticorrosion). Mais c'est un problème pendant la coulée.

En effet, lors du tourbillonnement, les oxydes se forment en surface et s'incorporent dans le corps de la pièce coulée. Une fois le métal solidifié, ces discontinuités forment des zones de faiblesse.

La porosité est la formation de bulles dans le corps du métal. Comme les oxydes, elle réduit la résistance, surtout dans les zones de forte contrainte exposées par l'usinage.

Une façon de minimiser turbulence, oxydation et porosité est de remplir lentement par le bas du moule. La plupart des fonderies essaient, mais la conception de la pièce et les contraintes de cycle limitent souvent ce qui est possible. Une autre méthode : extraire l'air du moule avant l'écoulement du métal.

Le procédé de fonderie de précision sous vide

La fonderie de précision crée des pièces métalliques complexes nécessitant peu d'usinage secondaire. Le moule est formé en enduisant un modèle en cire de boue céramique. Après séchage et durcissement de la coquille, la cire est fondue pour laisser une cavité pour le métal.

En fonderie sous vide, le moule est fait de la même façon, mais l'air est pompé hors de la cavité avant le remplissage métallique. Pour empêcher l'oxydation du métal liquide, la fusion et le coulage se font tous deux sous vide, dans une machine de fusion par induction sous vide (VIM).

Dans une configuration VIM à deux chambres verticales, la machine comporte une chambre supérieure et une inférieure sous vide. La coquille céramique est placée dans la chambre inférieure, pompée jusqu'à un bas niveau micron. Une vanne d'isolement s'ouvre et le moule est relevé près du creuset pour le coulage. Une fois rempli, le moule est retiré. Après solidification, la céramique est brisée pour révéler les pièces. Le système VIM horizontal à trois chambres a des vannes d'isolement maintenant la consistance du vide entre chambres. L'efficacité est accrue par le bourrage et la fusion du creuset intégrés au cycle de coulée, permettant plus de fusions/plus de livres par heure tout en maintenant des niveaux de vide élevés et une qualité supérieure.

Dans une variante, la chambre du creuset peut être pressurisée (gaz inerte pour éviter l'oxydation). La pression augmente la vitesse de remplissage et assure le remplissage complet de la cavité.

Avantages de la fonderie de précision sous vide

L'avantage principal est l'élimination quasi totale des défauts d'oxydation et de porosité dans la pièce coulée ("quasi" car impossible d'extraire chaque molécule d'oxygène). Elle empêche aussi les manques de remplissage dus aux poches d'air.

Autres avantages : formation de détails très fins et parois exceptionnellement minces grâce au remplissage complet de la cavité par le vide. Qualité de surface excellente.

Métaux pour la fonderie de précision sous vide

Tout métal convenant à la fonderie de précision peut être traité sous vide. Mais le procédé est surtout utilisé avec le nickel, les superalliages à base de cobalt et les alliages de titane, qui ont une affinité exceptionnelle pour l'oxygène et forment facilement des oxydes. De plus, la haute valeur de ces métaux et leur utilisation dans des produits complexes à haute valeur ajoutée rend la minimisation des rebuts bénéfique.

Devriez-vous utiliser la fonderie de précision sous vide ?

Faire le vide sur les outillages avant le coulage empêche l'air de créer des défauts dans le corps de la pièce. Combinée à la fonderie de précision, cette technique permet de produire des pièces de haute qualité pour applications à fortes charges et contraintes. L'économie du procédé la rend particulièrement attractive pour les métaux de haute valeur : nickel, superalliages cobalt, alliages de titane.

Les spécialistes de la fonderie Impro peuvent vous aider à décider si la fonderie sous vide convient à vos pièces. Contactez-nous pour en discuter.