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Auteur(s)
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Gérard LESOULT : Ingénieur Civil des Mines - Professeur à l’École Nationale Supérieure des Mines de Nancy
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Lire l’articleINTRODUCTION
De nombreux caractères des produits coulés sont fortement influencés par la nature du procédé mettant en jeu la solidification et par les conditions opératoires choisies pour un même procédé.
Pour prendre l’exemple le plus simple, celui des retassures dues à la contraction du métal accompagnant la solidification, on sait que ce défaut peut entraîner le rebut de 15 à 20 % de l’acier coulé en lingotière statique si l’acier ainsi coulé est calmé, c’est‐à‐dire désoxydé 1.5.1. Dans la même lingotière, on peut conduire, avec beaucoup de savoir-faire, la solidification effervescente du même acier non préalablement désoxydé (solidification avec dégagement de gaz CO). Le retrait de solidification peut être compensé alors par l’apparition de soufflures régulièrement réparties dans le lingot (cavités fermées de faibles dimensions, non oxydées, dont les parois se ressoudent au laminage à chaud) de sorte que le rebut de métal soit réduit à quelques pour-cent seulement 1.5.2. Lors de la solidification d’acier calmé, on peut aussi réduire l’étendue de la zone affectée par le retrait de solidification en ménageant une masselotte, réservoir de métal liquide qui permet d’alimenter en métal les zones en cours de solidification 1.5.1. On peut encore parler de masselotte entretenue lors de la fabrication de lingots d’acier par refusion d’électrodes (refusion sous laitier électroconducteur ou refusion sous vide) : le réservoir de métal liquide surmontant le lingot en cours de formation est renouvelé au fur et à mesure de sa solidification grâce à la fusion contrôlée d’une électrode placée au-dessus du lingot. La coulée continue fait appel à une troisième façon de maintenir un réservoir de métal liquide en position d’alimenter la pièce en cours de solidification, ici la billette ou la brame d’acier : une poche de métal liquide appelée répartiteur surplombe le produit en cours de solidification et un robinet appelé busette permet d’ajuster le débit de métal s’échappant du répartiteur à la vitesse de solidification. Dans les deux derniers procédés, la retassure cesse d’être un problème pour l’ingénieur (cf. article Coulée continue [M 7 810] [M 7 812] [M 7 814] [M 7 816] dans le présent traité).
Cet article est consacré aux caractères qui, comme les retassures, se développent à l’échelle du produit et pour l’étude desquels il faut prendre en compte le procédé de coulée.
Le lecteur se reportera utilement à l’article Solidification- Cristallisation et microstructures Solidification. Cristallisation et microstructures.
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1. Alimentation des lingotières et des empreintes de fonderie
En abordant ce sujet, on doit évoquer la préparation et la manipulation du métal liquide avant et pendant la coulée, dans la mesure où ces opérations sont souvent de la responsabilité de celui qui réalise la mise en forme par solidification, qu’il s’agisse de demi-produits ou de pièces moulées.
1.1 Généralités sur l’alimentation en liquide
Le métal liquide qui pénètre dans le dispositif de coulée est caractérisé par une analyse chimique et un niveau d’impuretés résiduelles. Ce métal contient aussi des inclusions non métalliques en suspension ; dans le cas des aciers, ce sont le plus souvent des oxydes. Les opérations de transfert de métal liquide doivent être, en général, conduites sans modifier la composition du métal et sans augmenter le nombre des inclusions en suspension, voire en le diminuant.
En ce qui concerne la composition du métal et la formation de nouvelles inclusions endogènes, il faut donc protéger les jets de métal liquide du contact avec l’atmosphère et/ou ménager des régimes de jets évitant la dispersion du métal liquide. De plus, en ce qui concerne les inclusions exogènes, il faut éviter l’érosion des réfractaires au passage du métal liquide. En fonderie, il est envisageable de placer des filtres dans les systèmes d’alimentation pour diminuer le nombre d’inclusions dans la pièce moulée.
Dans certains cas, la dernière phase du transfert du métal liquide vers l’endroit où la solidification est provoquée peut être mise à profit pour modifier l’état du métal liquide au dernier moment. Ainsi peut-on préférer calmer l’acier coulé en continu au niveau de la lingotière plutôt qu’au niveau de la poche ou du répartiteur pour éviter les risques de bouchage de la busette immergée par des inclusions d’alumine entraînées par l’acier calmé avant son arrivée dans la lingotière. En fonderie, de la même façon, c’est autant que possible dans le moule que l’on réalise l’inoculation au ferrosilicium, nécessaire après le traitement au magnésium pour la réalisation de pièces moulées en fonte à graphite sphéroïdal (cf. Solidification- Cristallisation et microstructures...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VERTMAN (A.A.), SAMARIN (A.M.), TURBOVSKII (B.M.) - Sbornik Strojenije : Svojestva zidkih metallo. - ANSSSR Moskva, 162 (1960) (Cité par NEHENDZI (J.A.) Propriétés de fonderie des alliages Fonderie, 271, 415, oct. 1968.
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(2) - ALBERNY (R.) - Transfert de chaleur et solidification en coulée continue. - « Coulée et solidification de l’acier », Publication de la Rev. de Métal., 302 (1977).
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(3) - CHUANG (Y.K.), SCHWERDTFEGER (K.) - Étude expérimentale et théorique de la solidification d’un alliage Fe-C à 0,6 % de carbone. - Arch. Eisenhüttenwes. 44 (5), 341 (1973).
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(4) - LECOMPTE (H.) - * - Cours d’aciérie. Éditions de la Revue de Métallurgie. Paris (1962).
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(5) - DUNPHY (R.P.), ACKERLIND (C.G.), PELLINI (W.S.) - Solidification, Feeding Characteristics of Gray and Nodular Irons - Foundry, 107, juin 1954.
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