5 types de défauts de fonderie sable et stratégies de prévention

Introduction

La fonderie sable (moule sable à usage unique, coulée, bris moule) est prisée pour : gros volumes, détails fins, faible coût outillage. Mais comme tout procédé, elle génère des défauts. Certains tolérables, d'autres réparables, d'autres imposent le rebut. La clé : connaître les causes pour les prévenir.

Voici les 5 familles majeures de défauts avec causes et remèdes.

1. Défauts de retrait (shrinkage)

Les alliages se rétractent en solidifiant (métal liquide moins dense que solide). Phénomène normal, mais retrait inégal = cavités de retrait = défaut grave. Deux types :

• Retrait ouvert : visible surface (tuyau, surface concave) — aspérité, fissure, affaiblissement.
• Retrait fermé (porosité de retrait) : cavités internes (micro/macro-porosité) — affaiblissement + corrosion.

Macro : grosse cavité surface rugueuse/épongeuse (œil nu). Micro : traits/lignes dentelés (microscope).

Causes

1. Réseau alimentation/coulée (jetées, massettes) défectueux
2. T° coulée trop élevée
3. Déplacement parois moule sous pression métal
4. Massettes (refroidisseurs) mal placées
5. Changements brusques d'épaisseur

Traitement / Prévention

• Réseau coulée optimal : débit contrôlé (pas turbulence, tourbillons, éclaboussements), remplissage rapide sans perte fluidité, contrôle T° refroidissement stable.
• Réseau alimentation (massettes) optimal : volume suffisant pour compenser retrait, positionnée zone solidification finale (reste liquide le plus longtemps). Volume massette : V_f ≈ α·V_c (α = coefficient retrait, V_c = volume cavité).
• Réduire T° coulée pour limiter déficit volumique total.
• Refroidisseurs internes, nervures, serpentin dans zones accumulation chaleur (re-entrants, sections épaisses).

2. Porosité gazeuse (gas porosity)

Bulles formées au refroidissement par gaz dissous (N₂, O₂, H₂) dans métal liquide mais pas solide. Trois formes : trous d'épingle (pinholes), soufflures (blowholes), trous ouverts (open holes). Affaiblissent résistance, ductilité, esthétique. Diamètres : 0,01–0,05 mm (pièces kg), 0,04 mm (pièces lourdes).

Pinholes (porosités)

Micro-bulles regroupées surface supérieure, ~2 mm, visibles œil nu.

Blowholes (soufflures)

Cavités plus grosses, internes, invisibles œil nu. Détection : radiographie, ultrasons, magnétoscopie, ou lors usinage.

Open holes

Similaires soufflures mais affleurant surface → visibles.

Causes

• Humidité excessive sable moule
• Outils coulée (louches) mouillés
• Sable insuffisamment gazéifié
• T° métal trop élevée
• Refroidisseurs rouillés/humides
• Noyaux insuffisamment cuits
• Évents insuffisants moule sable
• Sable sur-tassé
• Turbulence métal pendant coulée

Traitement

• Contrôle humidité sable + séchage normalisé + perméabilité (sable plus gros grain, moins tassé, plus d'évents)
• Moules/noyaux séchés/stockés correctement
• Évents suffisants moule et noyaux
• Refroidisseurs propres, secs, outils secs
• Fusion/coulée maîtrisées : vide, gaz faible solubilité, flux protecteur, T° coulée plus basse → solidification rapide, moins absorption gaz. Réseau coulée anti-turbulence.

3. Défauts de coulée (pouring metal defects)

Dus à coulée mal conduite. Quatre types : soudure à froid (cold shut), coulée incomplète (misrun), inclusions scories (slag inclusion).

Soudure à froid (cold shut)

Lignes/fissures surface partie centrale, bord rugueux = zone faible. Visibles → rebut fréquent. Cause : deux fronts métal ne fusionnent pas (manque fluidité, réseau coulée mal conçu).

Remèdes : réseau coulée correct, augmenter T° coulée (éviter solidification précoce), sable plus gros grain (perméabilité).

Coulée incomplète (misrun)

Empreinte non remplie totalement → parties manquantes. Cause identique : manque fluidité (gel prématuré).

Remèdes : vérifier réseau coulée, conception moule, T° coulée.

Inclusions scories (slag inclusion)

Agglomérats gris foncé isolés ou groupés, surface ou interne. Détectés grenaillage/usinage.

Causes : impuretés matières premières (oxydes, nitrures, carbures, sulfures), réseau coulée aspirant scories, érosion four/goulotte, contamination sable, scories non éliminées après affinage + surchauffe/agitation excessive → réoxydation.

Remèdes :

• Contrôle matières entrantes (analyseur SpetroMax), nettoyage, stockage propre
• Fusion qualifiée : vide, flux, atmosphère inerte pour éviter oxydes. Sinon : contrôle strict intrants/additifs/T°, élimination scories four pendant fusion
• Réseau coulée optimisé : filtres, écumage, pièges scories
• Technique coulée : goulotte avec barrage scories, coulée lente/continue/régulière, pas petit récipient pour grand moule

4. Défauts matériau moule (mold material defects)

Liés au sable naturellement liant. Principaux :

Coupures et lessivages (cuts and washes)

Érosion sable par métal → surépaisseurs métal. Bosses basses surface, inclinées zone forte pression.

Causes : vitesse métal excessive, réseau coulée défectueux, faible résistance sable/noyau, manque liant parement/noyau.
Prévention : réseau coulée correct, résistance sable/noyau (granulométrie, argile, humidité), liants parement/noyau.

Pénétration métal (metal penetration)

Métal pénètre interstices grains sable → surface rugueuse, inégale, visible, inesthétique.

Causes : grain sable trop gros, sable trop mollement tassé, faible résistance sable/noyau, pas de badigeon moule.
Prévention : sable plus fin, résistance accrue, tassage énergique, badigeon protecteur.

Frittage (fusion)

Grains sable fondus avec métal → croûte mince, vitreuse, cassante adhérente.

Causes : faible réfractarité sable (aptitude résister T° métal), T° coulée trop haute, réseau coulée défectueux.
Prévention : réseau correct, baisser T° coulée, augmenter réfractarité (ajout sable silice).

Écoulement (runout)

Métal s'échappe moule → empreinte incomplète, pièces manquantes.

Causes : conception moule imprécise, châssis (flasque) inadapté.
Prévention : moule précis, rebut moules non conformes avant coulée, matériaux haute T° résistance usure.

Gonflements (swells)

Dilatation pièce vs cote nominale → usinage surplus + perte métal.

Causes : faible résistance sable, mauvais tassage.
Prévention : tassage énergique, résistance sable pour supporter pression métal.

5. Défauts métallurgiques (metallurgical defects)

Deux types : fissures à chaud (hot tears) et points durs (hot spots).

Fissures à chaud (hot tears / hot cracks)

Crevasses irrégulières dans pièce. Visibles ou microscopiques. Cause : métal faible à chaud + contraintes résiduelles (traction) pendant solidification. Si résistance insuffisante → fissuration.

Causes : conception moule défectueuse, sable manque collapsibilité (ne s'écrase pas), sable trop dur tassé.
Prévention : conception moule favorisant collapsibilité, tassage plus souple.

Points durs / points chauds (hot spots / hard spots)

Zone refroidissant plus vite → dureté locale supérieure.

Cause : pratique refroidissement inadaptée.
Prévention : refroidissement correct, ajustement composition alliage.

Approche VIC Fonderie face aux défauts

Aucun procédé n'est parfait. VIC assume transparence : discussion client sur défauts possibles, prévention maximale, qualité optimale.

Philosophie : « Mieux vaut prévenir que guérir ». Inspections strictes à chaque étape : matière entrante (analyseur SpetroMax), fusion, réseau coulée, refroidissement, usinage. Tous processus sous supervision.

Après refroidissement : tri 100 % pièces brutes. Non-conformes → usinage reprise. Irréparables → rebut. Engagement : pièces livrées = haute qualité.

Références

• Sadaf Vazehrad (2011). Shrinkage Porosity Characterization in Compacted Cast Iron Components.
• Nawaz Mahomed. Shrinkage Porosity in Steel Sand Castings: Formation, Classification and Inspection.