Moyens de fusion
Les fonderies de précision élaborent des coulées relativement petites, typiquement de quelques kilogrammes à quelques centaines de kilogrammes, afin que chaque coulée puisse être versée sans délai dans des carapaces chaudes.
- Les fours à induction à creuset sont la norme pour les aciers, les inoxydables, les alliages de nickel et de cobalt et les alliages de cuivre. Ils fondent rapidement, brassent le bain par effet électromagnétique et permettent des changements d'alliage fréquents. Les revêtements sont choisis pour leur compatibilité avec l'alliage.
- Les fours à creuset à résistance ou à gaz sont courants pour l'aluminium.
- La fusion par induction sous vide et les systèmes spécialisés à creuset froid ou à arc servent aux alliages réactifs et à hautes performances ; voir ci-dessous.
Matières de charge et maîtrise du bain
Les charges se composent de lingots ou de barres certifiés, de matière préalliée et de retours de fonderie maîtrisés. La proportion de retours est limitée pour les alliages exigeants, car les refusions répétées modifient la composition et augmentent les teneurs en gaz et en inclusions. Pendant la fusion, on veille à :
- La composition. Un échantillon pour spectrométrie est prélevé avant coulée ; les éléments perdus par oxydation sont ajustés.
- La désoxydation et la teneur en gaz. Les aciers sont désoxydés peu avant la coulée ; les bains d'aluminium sont dégazés pour éliminer l'hydrogène.
- Le laitier et les inclusions. Le bain est décrassé, et des filtres ou des dispositifs de coulée par le fond empêchent le laitier d'entrer dans le moule.
- Le temps à température. Un maintien prolongé accroît la reprise de gaz, la réaction avec le revêtement et la perte d'éléments réactifs.
Fusion sous vide
Les alliages contenant des éléments réactifs tels que l'aluminium et le titane, dont la plupart des superalliages de nickel à durcissement structural, sont fondus et coulés sous vide pour éviter l'oxydation et la reprise d'azote ; le titane lui-même exige des systèmes sous vide ou sous gaz inerte de bout en bout. La coulée sous vide est une capacité distincte, avec ses propres équipements et qualifications. Les alliages de nickel résistant à la corrosion et les aciers inoxydables sont couramment fondus à l'air, parfois sous couverture de gaz protecteur.
Température de coulée
La température de coulée se définit comme une surchauffe au-dessus du liquidus de l'alliage. Elle se choisit conjointement avec la température de carapace :
- une surchauffe plus élevée améliore la coulabilité et le remplissage des parois minces ;
- une surchauffe plus faible réduit le retrait, la solubilité des gaz, la taille de grain et la réaction métal-moule.
À titre d'orientation, les aciers au carbone et inoxydables sont typiquement coulés vers 1550 à 1650 °C et les alliages d'aluminium vers 700 à 750 °C ; la valeur correcte dépend de l'alliage, de l'épaisseur et du système de coulée. La température est mesurée juste avant la coulée par thermocouples à immersion ou pyromètres étalonnés et enregistrée pour chaque coulée.
Méthodes de coulée
- La coulée par gravité depuis le four ou une poche à main est la méthode normale.
- Le remplissage assisté par dépression ou en contre-gravité aspire le métal vers le haut dans la carapace et aide à remplir des sections très minces avec peu de turbulence.
- La coulée centrifuge utilise la rotation pour augmenter la pression du métal, principalement pour les petites pièces, la bijouterie, le dentaire et certaines pièces en titane.
- La solidification sous pression et la solidification dirigée contrôlée sont des techniques spécialisées pour certains alliages.
Après la coulée
Les moules coulés refroidissent à l'air calme ou sous cloche. Un matériau exothermique ou isolant peut être déposé sur l'entonnoir pour maintenir liquide le métal d'alimentation. Pour les aciers au carbone, une atmosphère réductrice autour de la carapace en refroidissement limite la calamine et la décarburation. Chaque moule est identifié par son numéro de coulée afin que chaque pièce puisse être rattachée à son analyse de coulée.
Voir aussi : coulée et alimentation, soufflures, essais des matériaux.