La coulée à la cire perdue fonctionne avec presque tous les alliages qui peuvent être fondus et coulés, et dans la pratique industrielle le choix se réduit à dix familles : quatre familles d'acier, trois familles haute température, plus l'aluminium, le cuivre et les métaux précieux. Ce qui les sépare n'est pas si le procédé peut les traiter, mais combien de réponses la spécification applicable vous donne.
Pour les pièces en acier et en alliage, la coulée à la cire perdue n'est pas un monde métallurgique séparé. ASTM A957 (usage industriel général) et A985 (pièces sous pression) sont des spécifications d'exigences générales superposées aux mêmes spécifications de nuance qu'une fonderie de sable coule — A216, A351, A743, A958 et les autres. La nuance que vous nommez ne change pas ; ce qui change est la section que vous pouvez tenir.
| Type de matériau | Nuances courantes / Exemples | Caractéristiques clés | Applications typiques |
|---|---|---|---|
| Acier inoxydable | 304, 316, 17-4 PH, 15-5 PH | Résistance à la corrosion, résistance mécanique | Vannes, pompes, équipements alimentaires, pièces marines |
| Acier au carbone | Alliages de type WCB, équivalents 1020/1045 | Bonne résistance, faible coût | Machines, supports, composants de construction |
| Acier faiblement allié | Équivalents 4140, 4340 | Haute résistance et résistance à l'usure | Composants automobiles et industriels |
| Acier à outils | Alliages de type H13, D2 | Dureté, résistance à l'usure et à la chaleur | Outils, matrices, composants d'usure |
| Alliages à base de nickel | Inconel 625, Inconel 718, Hastelloy | Excellente résistance à haute température et à la corrosion | Aérospatiale, turbines, équipements chimiques |
| Alliages à base de cobalt | Alliages de type Stellite | Résistance à l'usure, à la corrosion et à la chaleur | Pièces de turbine, vannes, composants médicaux |
| Alliages d'aluminium | Compositions de type A356, 356, 6061 | Léger, résistant à la corrosion | Aérospatiale, électronique, pièces automobiles |
| Alliages de cuivre | Bronze, laiton | Conductivité, résistance à la corrosion | Quincaillerie marine, pièces électriques et décoratives |
| Alliages de titane | Ti-6Al-4V | Rapport résistance-poids très élevé | Aérospatiale, implants médicaux |
| Métaux précieux | Or, argent, platine | Apparence, résistance à la corrosion | Bijouterie, composants dentaires et spéciaux |
Acier inoxydable
L'acier inoxydable coulé est commandé sous les désignations ACI, et non les numéros corroyés sur le dessin : 304 devient CF8, 316 devient CF8M, 17-4 PH devient CB7Cu-1. Les compositions coulées diffèrent de leurs homologues corroyés par intention, c'est pourquoi ASTM a adopté les noms ACI pour les pièces coulées et pourquoi écrire “ 316 ” sur un bon de commande de pièce coulée laisse la nuance indéfinie.
| Nuance ACI (UNS) | Équivalent corroyé | Résistance à la traction min | Limite d'élasticité min | Allongement min |
|---|---|---|---|---|
| CF8 (J92600) | 304 | 70 ksi (485 MPa) | 30 ksi (205 MPa) | 35 % |
| CF8M (J92900) | 316 | 70 ksi (485 MPa) | 30 ksi (205 MPa) | 30 % |
| CF3 (J92500) | 304L | 70 ksi (485 MPa) | 30 ksi (205 MPa) | 35 % |
| CF3M (J92800) | 316L | 70 ksi (485 MPa) | 30 ksi (205 MPa) | 30 % |
| CA15 (J91150) | 410 | 90 ksi (620 MPa) | 65 ksi (450 MPa) | 18 % |
| CA6NM (J91540) | — | 110 ksi (755 MPa) | 80 ksi (550 MPa) | 15 % |
| CB7Cu-1 (J92180), H900 | 17-4 PH | 170 ksi (1170 MPa) | 145 ksi (1000 MPa) | 5 % |
| CB7Cu-2 (J92110), H900 | 15-5 PH | 170 ksi (1170 MPa) | 145 ksi (1000 MPa) | 5 % |
Les nuances résistantes à la corrosion proviennent de l'A743, celles à durcissement par précipitation de l'A747. Attendez-vous à ce qu'une pièce moulée de nuance CF soit magnétique : les alliages CF moulés sont duplex ferrite-dans-austénite, typiquement 5 à 40 % de ferrite, alors que l'équivalent corroyé est entièrement austénitique.
Deux pièges de spécification méritent d'être réglés avant l'envoi de la commande. Commander du CF8 en faible ferrite ou non magnétique fait chuter ses minimums garantis à 65 ksi (450 MPa) en traction et 28 ksi (195 MPa) en limite d'élasticité. Et dans l'A747, tout le tableau des propriétés mécaniques est supplémentaire sauf si le client le stipule — un bon de commande nommant du CB7Cu-1 à l'état H1025, sans invoquer les exigences mécaniques, n'a pas acheté 150 ksi.
Acier au carbone
Les pièces moulées en acier au carbone constituent l'extrémité bas de gamme de la plage, et ils peuvent être commandés de deux façons : selon une spécification générale de pièces moulées en acier telle que l'A216 ou l'A27, ou selon l'A732, qui a été rédigée spécifiquement pour les pièces moulées en acier au carbone et faiblement allié obtenues par le procédé à la cire perdue.
Le WCB est la valeur par défaut pour les pièces contenant de la pression, à 70 à 95 ksi (485 à 655 MPa) en traction et 36 ksi (250 MPa) de limite d'élasticité minimale. Lisez ce chiffre de traction comme une plage plutôt qu'un plancher — une coulée sur-résistante est hors spécification de la même manière qu'une coulée faible, ce qui piège les acheteurs qui supposent qu'une résistance supérieure est toujours acceptable.
L'A732 comporte sa propre échelle pour les pièces moulées à la cire perdue, de la nuance 1A recuite à 60 ksi (414 MPa) en traction et 40 ksi (276 MPa) en limite d'élasticité jusqu'à la nuance 3Q, trempée et revenue, à 100 ksi (689 MPa) et 90 ksi (621 MPa). Pour une pièce structurelle plutôt qu'une pièce sous pression, commander selon l'A732 maintient les critères d'acceptation dans un document rédigé autour de ce procédé.
Lorsque le soudage ou l'usinage en aval doit correspondre à un composant corroyé, l'A915 et l'A958 listent des nuances moulées portant une chimie corroyée — SC 1020 à SC 1045 — afin que l'analyse sur le MTR corresponde à la pièce d'accouplement.
Acier faiblement allié
Le 4140 et le 4340 existent bien en nuances moulées, SC 4140 et SC 4340 selon l'ASTM A958, mais nommer la nuance n'apporte aucune résistance en soi. L'A958 sépare la chimie des propriétés : vous commandez une nuance et une classe de résistance, et toutes les nuances ne sont pas marquées comme convenant à toutes les classes.
| Nuance moulée (UNS) | Équivalent corroyé | Classe la plus élevée marquée comme convenant |
|---|---|---|
| SC 4130 (J13502) | 4130 | 135/125 |
| SC 4140 (J14045) | 4140 | 165/150 |
| SC 4330 (J23259) | 4330 | 210/180 |
| SC 4340 (J24053) | 4340 | 210/180 |
La classe 210/180 signifie 210 ksi (1450 MPa) en traction et 180 ksi (1240 MPa) en limite d'élasticité à 4 % d'allongement.
Deux notes de bas de page attachées à ce tableau des classes décident de pièces réelles. Le traitement thermique n'implique pas que chaque épaisseur de section soit trempée à cœur, donc une section épaisse peut satisfaire la chimie et manquer quand même la classe. Et la spécification avertit que les nuances bien au-dessus du minimum de la classe peuvent être inadaptées en raison de la soudabilité et de l'usinabilité — spécifier du SC 4340 pour un support qui sera soudé a un coût attaché.
La voie spécifique à la cire perdue passe là encore par l'A732, dont la nuance 8Q trempée et revenue est fixée à 180 ksi (1241 MPa) en traction et 145 ksi (1000 MPa) en limite d'élasticité.
Acier à outils
L'acier à outils moulé s'achète sur la chimie, pas sur la dureté. L'ASTM A597 désigne ses nuances par la composition seule — CH-13 et CH-12 pour les compositions de travail à chaud, CD-2 comme analogue moulé du D2 — et la spécification ne comporte aucune exigence de traction, limite d'élasticité, allongement ou dureté nulle part.
Une spécification purement chimique place la propriété que vous voulez réellement sur votre propre commande. Le CH-13 vous donne une chimie de travail à chaud et rien de plus ; la dureté de service provient d'un cycle d'austénitisation et de revenu que vous devez écrire dans le bon de commande, ainsi que l'endroit où la dureté est mesurée et dans quelle plage.
La raison de mouler la forme du tout est qu'elle arrive près des cotes finales. Un bloc de matrice ou un composant d'usure usiné à partir de stock corroyé trempé dépense son coût à l'atelier d'usinage, et la coulée à la cire perdue déplace ce coût vers le modèle.
Alliages à base de nickel
Deux industries différentes se trouvent sous cette rubrique, et une seule d'entre elles a une spécification de moulage ASTM derrière elle. L'A494 couvre les pièces moulées en nickel et alliages de nickel pour service résistant à la corrosion — le CW6MC est l'alliage moulé 625, à 70 ksi (485 MPa) en traction et 40 ksi (275 MPa) en limite d'élasticité, aux côtés des types Hastelloy et Monel moulés. Pour le travail résistant à la chaleur, il y a l'A560, dont les pièces moulées 50Cr-50Ni sont destinées aux environnements corrosifs jusqu'à 2000 °F (1090 °C).
L'alliage 718 n'apparaît pas du tout dans l'A494, et les alliages pour aubes à solidification dirigée ou monocristallins non plus. Ces alliages sont commandés selon des spécifications AMS et propriétaires et coulés dans des fours conçus pour la solidification contrôlée. Si votre plan indique 718, vous n'achetez pas dans le même système de spécification ni auprès de la même base de fournisseurs que les pièces moulées pour service chimique ci-dessus.
Alliages à base de cobalt
Les alliages de cobalt sont inscrits dans la spécification de coulée à la cire perdue elle-même : l'A732 couvre les pièces moulées en acier au carbone et faiblement allié et, dans le même document, l'alliage de cobalt pour haute résistance aux températures élevées, en nuances 21 et 31, toutes deux fournies à l'état moulé.
La façon dont ils sont acceptés vous indique à quoi ils servent. Aucune des deux nuances ne comporte de minimum de traction ou de limite d'élasticité à température ambiante. La nuance 21 est qualifiée à 1500 °F (820 °C) — 52,0 ksi (360 MPa) en traction et un minimum de rupture par fluage de 23,0 ksi (160 MPa) avec une durée de rupture de 15 heures.
Une spécification qui ne teste qu'à chaud décrit la robinetterie, le matériel de turbine et les faces d'usure qui vivent à température. Ce sont des alliages de durée de vie de surface plutôt que des alliages structurels.
Alliages d'aluminium
Les pièces moulées en aluminium à la cire perdue sont commandées selon l'ASTM B618, et l'ensemble d'alliages utilisables est plus étroit que le marché général de la coulée d'aluminium. Les alliages de moulage sont enregistrés dans leur propre série xxx.0, distincte des désignations corroyées à quatre chiffres, donc une “ pièce moulée 6061 ” n'existe pas comme alliage enregistré — le 6061 est une désignation corroyée uniquement.
La raison de spécifier l'aluminium est la résistance spécifique, pas la résistance. Une étude publiée sur l'A356 moulé place la résistance à la traction T6 autour de 330 MPa contre 485 à 655 MPa pour un acier au carbone WCB coulé, et note que les propriétés obtenues varient considérablement avec la vitesse de refroidissement et l'espacement des bras dendritiques. La pièce en aluminium gagne sur la masse, et uniquement sur la masse.
Alliages à base de cuivre
Les alliages de cuivre sont coulés à la cire perdue pour le matériel marin, les pièces électriques et les surfaces d'appui, mais aucune spécification ASTM dédiée au moulage à la cire perdue n'existe pour eux. B824 établit les exigences générales à travers les normes de coulée du cuivre — sable, moule permanent, coquille, centrifuge, continu — et aucun des documents qu'il régit n'est un document de moulage à la cire perdue, donc un bronze coulé à la cire perdue est généralement commandé selon une spécification telle que B584, écrite pour les coulées en sable, avec le procédé indiqué séparément.
L'absence de norme spécifique à la cire perdue façonne ce qui est testé. B824 impose la composition chimique, la résistance à la traction et la limite d'élasticité, la dureté et l'allongement, ainsi que la résistivité et la conductivité électriques — sur une coulée de cuivre, la conductivité est une propriété spécifiée et testée plutôt que quelque chose que la famille d'alliages vous offre.
Alliages de titane
Le titane est coulé à la cire perdue uniquement dans une fonderie construite pour les métaux réactifs. ASTM B367 exige la fusion par les procédés utilisés pour les métaux réactifs, et les pièces coulées sont fournies à l'état brut de coulée, avec un traitement thermique limité à la détente des contraintes lorsqu'une réparation par soudage est impliquée. C-5 est la nuance de coulée Ti-6Al-4V.
Le moule est l'autre moitié du problème. Le titane en fusion réduit les réfractaires d'oxyde, laissant une couche superficielle fragile enrichie en oxygène — la couche alpha — qui doit être usinée ou éliminée par usinage chimique avant que la pièce soit utilisable. Une étude de 2025 a mesuré environ 350 µm de couche alpha sur du titane commercialement pur coulé dans des moules à base d'alumine. Ce sont des fusions de laboratoire, mais l'ordre de grandeur explique pourquoi le travail du titane reste chez des fonderies spécialisées utilisant leurs propres revêtements de surface.
Métaux précieux
La coulée des métaux précieux repose sur le même principe de la cire perdue, dans un type d'atelier différent. L'or, l'argent et le platine sont coulés dans des carapaces plutôt que dans des coquilles céramiques, en petites fusions.
L'économie fonctionne à l'inverse de la coulée industrielle. La valeur du métal domine le coût de la pièce, donc les jets, les rebuts et la poussière de meulage sont récupérés et refondus, et l'usine est organisée autour de la traçabilité du métal plutôt qu'autour des heures d'usinage. C'est un métier différent avec un équipement différent, pas une variante d'une fonderie industrielle.
Comment choisir un matériau de moulage à la cire perdue
Choisissez d'abord la spécification et ensuite le nom de l'alliage, car le nom de la famille ne garantit rien en soi. Rien que dans l'inox, la limite d'élasticité minimale va de 30 ksi pour le CF8M à 145 ksi pour le CB7Cu-1 à l'état H900 — un écart de près de cinq fois entre des nuances toutes appelées inox sur un dessin.
- Nommez le mode de défaillance: corrosion, résistance statique, usure ou température. Cela restreint la famille plus rapidement que n'importe quel tableau comparatif.
- Trouvez la spécification de nuance qui la régit: puis utilisez la désignation de coulée sur la commande — CF8M plutôt que 316, SC 4140 plutôt que 4140.
- Vérifiez ce que cette spécification garantit réellement: chimie uniquement, comme dans l'acier à outils A597 ; caractéristiques mécaniques qui restent supplémentaires jusqu'à ce que vous les invoquiez, comme dans A747 ; acceptation à température uniquement, comme pour les nuances cobalt A732 ; ou une nuance et une classe de résistance dont vous devez commander les deux parties, comme dans A958.
- Ajoutez les exigences générales du moulage à la cire perdue: A957 pour les aciers et alliages coulés industriels généraux, A985 pour les pièces contenant de la pression. Elles se superposent à la spécification de nuance plutôt que de la remplacer.
- Confirmez que la famille dispose d'une base de fournisseurs que vous pouvez atteindre: les métaux réactifs nécessitent une fonderie dédiée, le nickel monocristallin nécessite des fours à solidification contrôlée, et les métaux précieux sont coulés dans une tout autre industrie.
Pour la plupart des pièces industrielles, la décision se termine à l'intérieur des quatre familles d'acier, qui est aussi là où le système de spécifications est le plus complet — nuance, classe, traitement thermique et acceptation sont tous écrits, donc le risque réside dans une commande précise plutôt que dans la devinette.