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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.
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Alimentation des lingotières et des empreintes de fonderie5. Importance de l’étape de solidification
L’objectif de ce dernier paragraphe est d’illustrer l’importance des étapes de coulée et solidification dans l’ensemble du processus de fabrication des matériaux métalliques. Pour la plupart des produits, on commence par élaborer un alliage liquide homogène dont la composition est choisie en fonction des propriétés visées pour le produit fini. Ce liquide est préparé, soit à partir de minerais par réduction, affinage et mise à la nuance, soit à partir de métaux purs par fusion et mélangeage. Entre l’alliage liquide homogène dont la composition est correctement ajustée et le produit solide qui a les propriétés en service visées, on rencontre nécessairement les étapes de coulée et solidification.
On peut considérer l’étape de coulée de deux points de vue extrêmes suivant les produits fabriqués : ce peut être une étape où il est possible de contrôler tout ce qui est théoriquement utile de contrôler ; ce peut être au contraire une étape où l’on ne peut que subir les lois physiques de la solidification. Tout dépend de considérations économiques. Dans le cas de la production courante d’acier en coulée continue, par exemple, les contraintes technologiques et économiques sont nombreuses et fortes : l’acier est probablement le moins cher des produits les plus élaborés techniquement. Dans ce cas de production de masse, la solidification est d’abord perçue comme étant à l’origine de plusieurs défauts : porosités, retassures, inclusions, ségrégations, etc. ; elle est subie plus que dominée. Le métallurgiste s’efforce de comprendre la formation de ces défauts et de proposer des actions pour les réduire, voire les supprimer, sans remettre en cause le procédé de coulée. À l’opposé, dans le cas de la fabrication en petites quantités de produits à haute valeur ajoutée, on peut accepter de payer un prix élevé pour concevoir et adopter un procédé nouveau permettant un contrôle complet de la solidification. Il est même possible de créer de nouvelles structures, donc de nouvelles propriétés, en exploitant systématiquement les possibilités offertes par les conditions extrêmes de solidification : c’est le cas de la solidification dirigée de pièces « monograin » ou des procédés de solidification rapide.
Dans les paragraphes précédents,...
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Importance de l’étape de solidification
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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