Moulage Centrifuge : Principes, Types, Utilisations, Avantages et Inconvénients

Moulage Centrifuge (Centrifugal Casting)

Le moulage centrifuge est un procédé de fonderie où le moule tourne autour de son axe pendant le versement et la solidification du métal liquide. La force centrifuge (F = m·ω²·r) projette le métal contre la paroi du moule, assurant un remplissage complet, une solidification directionnelle (extérieur → centre) et une ségrégation centrifuge des inclusions (gaz, oxydes, laitiers) vers l'axe, où elles sont éliminées par usinage. Breveté au XIXe siècle (A.G. Eckhardt, 1807), il est la référence pour les pièces creuses de révolution : tubes, bagues, chemises, couronnes.

Principe de fonctionnement

Le moule (métallique permanent ou en sable) tourne à vitesse angulaire ω (tr/min calculée pour générer 60-100 g à la paroi). Le métal liquide est versé par une cuillère ou un creuset basculant dans le moule en rotation. La force centrifuge :

• Plaque le métal contre la paroi (pression hydrostatique centrifuge ρ·ω²·r).
• Assure un contact intime métal/moule → transfert chaleur intense → solidification rapide, grain fin.
• Sépare les inclusions légères (oxydes, gaz, laitier) qui migrent vers l'axe (densité plus faible).
• Élimine le retrait de solidification par alimentation continue du métal liquide vers la zone de solidification (pas de retrait centralisé).

Le moule tourne jusqu'à solidification complète. Démoulage, puis usinage de la surface interne (élimination zone enrichie en inclusions).

Types de moulage centrifuge

Vrai moulage centrifuge (True Centrifugal Casting)

Moule horizontal ou vertical, sans noyau. Pièces creuses axi-symétriques : tubes, chemises de cylindre, bagues, couronnes, tuyaux. Diamètre 50 mm - 3 m, longueur jusqu'à 10 m (horizontal). Épaisseur paroi contrôlée par quantité métal versée. Surface interne brute (à usiner).

Moulage semi-centrifuge (Semi-Centrifugal Casting)

Moule vertical tournant, noyau central (sable/métal) pour créer l'alésage. Pièces pleines ou creuses non-tubulaires : moyeux, volants, couronnes dentées, roues, poulies. Force centrifuge assure remplissage périphérique et alimentation ; noyau forme l'alésage central où la force centrifuge est nulle. Épaisseur radiale plus importante.

Centrifugation (Centrifuging)

Multiples empreintes (cavités) disposées radialement autour d'un canal central (jetée) dans un moule tournant. Force centrifuge remplit chaque empreinte. Petites pièces non nécessairement symétriques : bagues, douilles, pièces de précision, bijoux (or, argent). Pression de solidification élevée → densité, finesse.

Applications industrielles

• Tuyauterie : Tubes fonte (eau, gaz), acier (haute pression), inox, Ni-résist. Diamètres 50-2000 mm.
• Moteurs / Machines tournantes : Chemises cylindres (fonte, Ni-résist), bagues de piston, paliers, bagues d'étanchéité, rotors.
• Aéronautique : Anneaux compresseur, disques turbine (alliages Ni, Ti), bagues forgées par moulage (near-net-shape).
• Automobile : Chemises cylindres (fonte AL, Ni-résist), couronnes de démarreur, bagues de vilebrequin.
• Roulements : Bagues externes/interfaces (acier 100Cr6, bronzes).
• Électrotechnique : Contacts, bagues collectrices, pièces cuivre/alliages Cu.

Avantages

• Métal dense, sans porosité, sans retrait, structure grain fin → propriétés mécaniques supérieures (résistance, ténacité, fatigue).
• Solidification unidirectionnelle (paroi → centre) contrôlée.
• Pas de noyaux pour pièces creuses (vrai centrifuge) → économie noyaux, main-d'œuvre, défauts noyaux.
• Système d'alimentation (jetée, canaux) simplifié ou éliminé.
• Inclusions (oxydes, laitiers, gaz) ségréguées à l'axe → éliminées par alésage.
• Température de coulée plus basse (fluidité aidée par centrifugation) → économie énergie, moins d'oxydation.
• Adapté grande série (moules permanents) et pièces unitaires (moules sable).
• Défauts de fonderie réduits (retrait, soufflures, inclusions).

Inconvénients

• Géométries limitées : pièces de révolution axi-symétriques (vrai/semi) ou petites pièces radiales (centrifugation).
• Coût équipement élevé : machine rotation (moteur, roulements, étanchéité, équilibrage), moules permanents usinés.
• Non adapté à tous alliages : fonte grise (risque ségrégation graphite), certains alliages Al (ségrégation), aciers très alliés (fissuration à chaud).
• Maintenance lourde : roulements, joints étanches métal liquide, équilibrage dynamique.
• Opérateur qualifié : contrôle vitesse, température, débit versement, temps rotation.
• Temps solidification et distribution température difficiles à modéliser/contrôler précisément.
• Surface interne rugueuse (contact métal/moule chaud) → usinage interne systématique.

Le moulage centrifuge est la technologie de choix pour les composants tubulaires et annulaires à haute intégrité, où la densité, la propreté métallurgique et la performance en fatigue priment sur la complexité géométrique.