Le sable de moulage est le matériau granulaire réfractaire qu'une fonderie compacte autour d'un modèle pour former une cavité de moule : des grains de silice dans presque tous les cas, liés ensemble suffisamment serré pour maintenir la forme de la cavité pendant que le métal en fusion la remplit, et suffisamment lâche pour se détacher de la pièce au décochage.
On l'écrit molding sand aux États-Unis, et on l'appelle foundry sand lorsqu'il est acheté, vendu ou éliminé en tant que matière première. Le mot green décrit un sable encore humide et non durci lorsque le métal arrive, et ne dit rien sur la couleur.
Ce dont se compose le sable de moulage
Le sable de moulage est un sable de base, un liant, et — dans un système à sable vert — de l'eau et des additifs, la part de chacun variant selon le système de liant et le métal coulé.
| Constituant | Green sand | Sable lié chimiquement | Ce qu'il fait |
|---|---|---|---|
| Sable de base (silice) | 85–95% | 93–99% | Forme la majeure partie du moule et résiste à la chaleur de la coulée |
| Liant | 0–12% d'argile, généralement environ 10% de bentonite | 1–3% de liant chimique | Colle les grains les uns aux autres et maintient la forme de la cavité |
| Eau | 2–5% | — | Active l'argile et donne au sable vert sa plasticité |
| Additifs | 2–10% de carboné | Varie ; l'oxyde de fer est le plus courant sur l'acier | Contrôlent ce qui se passe à la face du moule lorsque le métal arrive |
Sable de base
Le sable de base est la silice — le quartz — dans presque tous les travaux ferreux, choisi parce qu'il est suffisamment réfractaire pour le travail et suffisamment bon marché pour être acheté à la tonne.
La silice fritte entre 1 450 et 1 550 °C, et les oxydes alcalins et autres contaminants abaissent ce chiffre, de sorte qu'un sable parfaitement sain sous la fonte grise peut se ramollir à la face sous une coulée d'acier.
Des grains plus fins et plus ronds donnent une surface plus lisse et nécessitent moins de liant pour les maintenir ; des grains plus grossiers évacuent les gaz plus librement mais laissent une face plus rugueuse et laissent le métal pénétrer entre eux.
La chromite, le zircon et l'olivine se dilatent moins et extraient la chaleur du métal plus rapidement que le quartz.
Liant
Le liant maintient les grains ensemble ; le sable ne colle pas à lui-même.
Dans un moule en sable vert, le liant est l'argile bentonite, activée par l'eau et encore plastique lorsque le métal arrive. Dans un moule no-bake, c'est une résine chimique mélangée à un catalyseur qui durcit toute la masse avant que le modèle soit retiré. Le moulage en carapace utilise la même chimie non argileuse comme revêtement sur le grain, durci par la chaleur contre un modèle chauffé.
Un moule lié à l'argile reste légèrement souple et est re-malaxé et réutilisé, ce qui convient aux travaux sur fonte à grand volume. Un moule rigide durci maintient les grandes dimensions plus précisément, la raison habituelle pour laquelle une pièce passe du sable vert au no-bake.
Additifs
Les additifs qui entrent dans le mélange dépendent du métal coulé.
Les additifs carbonés, le charbon de mer étant le traditionnel, brûlent à la face du moule et empêchent le sable de se fusionner sur une pièce en fonte.
Sur l'acier, le même additif devient un inconvénient. Le carbone libéré à la face peut être absorbé par la surface de la pièce.
L'amidon et la farine de bois font un travail différent. Ils se décomposent autour de 300 °C, avant que le quartz ne se dilate fortement à 573 °C, de sorte que les grains ont de la place pour se dilater.
L'oxyde de fer remplace le charbon sur les travaux sur acier. Il ramollit la surface du grain de sorte que le sable absorbe la contrainte qui autrement écarterait la face du moule, et il libère de l'oxygène à la température de coulée, retirant une partie du carbone de la surface.
Types de sable de moulage
Le sable de moulage est classé de deux façons à la fois, et un seul devis peut utiliser les deux : par le liant qui maintient les grains, et par le travail qu'un sable particulier effectue dans le châssis.
| Nom | Classé par | Ce que cela vous dit |
|---|---|---|
| Green sand | Liant | Argile et eau, humide et non durci à la coulée, récupéré et re-malaxé ensuite |
| Sable lié chimiquement (no-bake, sable à résine) | Liant | Résine durcie par un catalyseur, rigide et sèche |
| Sable en carapace (enrobé de résine) | Liant | Revêtement de résine durci par la chaleur sur le modèle |
| Sable de moulage, au sens strict | Rôle dans le châssis | Le sable formant la forme extérieure de la cavité |
| Sable de noyau | Rôle dans le châssis | Le sable formant les vides internes ; lié chimiquement en pratique |
| Sable de contact | Rôle dans le châssis | La couche compactée contre le modèle, parfois un sable de base différent de la masse derrière |
| Sable système | Rôle dans le châssis | La masse circulante d'une installation à sable vert, testée et reconditionnée entre les coulées |
A liste plus longue de sables de fonderie ajoute un troisième axe, l'état d'humidité, où se situent le sable vert et le sable sec.
Quelles propriétés le sable de moulage doit avoir
Le sable de moulage doit être réfractaire, perméable, suffisamment résistant à vert pour tenir l'empreinte, suffisamment collapsible pour se dégager au décochage, fluide dans les détails du modèle, et à la bonne humidité — chacun de ces aspects étant à double tranchant, avec un défaut de coulée à chaque extrémité de la plage.
| Propriété | L'inoculation est ce qui fait pencher la balance en faveur du graphite. Un métal traité au Mg sans inoculation efficace produit peu de nodules et stabilise les carbures primaires à la place — même avec un magnésium résiduel affichant 0,04 % au spectromètre. | Ce qui va mal | Comment il est testé |
|---|---|---|---|
| Réfractarité | Si la face du moule survit au contact du métal | Trop basse : collage et pénétration du métal, sable soudé à la surface de la pièce | Équivalent de cône pyrométrique |
| Perméabilité | À quelle vitesse le gaz du moule s'échappe devant le métal | Trop basse : soufflures, piqûres, défauts d'expansion. Trop élevée : surface rugueuse et pénétration mécanique | Perméabilité d'une éprouvette damée standard |
| Résistance à vert | Si le moule tient sa forme au retrait du modèle et à la fermeture du châssis | Trop basse : moules cassés et mauvais démoulages. Trop élevée : damage dur, mauvaise coulabilité, dimensions faussées | Résistance à la compression à vert |
| Résistance à sec et collapsibilité | Comment le moule se comporte lorsque la pièce se contracte, et comment il se dégage au décochage | Trop basse : coupures, érosions, lavages, inclusions. Trop élevée : fissures, criques à chaud, grumeaux durs au décochage | Résistance à la compression à sec |
| Coulabilité | Avec quelle complétude le sable remplit les détails du modèle | Trop basse : coupures et lavages, poches non remplies, pénétration. Trop élevée : pièces surdimensionnées par mouvement de la paroi du moule, soufflures, mauvais fini | Compactabilité, méthode au damier |
| Humidité | La plasticité du liant argileux, et à travers elle la plupart des autres | Trop basse : sable sec et friable qui ne se moule pas. Trop élevée : dégagement de gaz, perméabilité réduite, mauvaise coulabilité | Humidité par infrarouge ou à l'étuve |
En quoi le sable de moulage diffère pour les pièces en fonte et en acier
Le sable de moulage pour l'acier doit survivre à une coulée plus chaude que celle de la fonte, et les différences de sable de base, d'additifs et de système de moule en découlent toutes.
Le Steel Founders’ Society situe la limite réfractaire du sable et des matériaux de moule céramiques à 3 000–3 330 °F, de sorte que le sommet d'une coulée d'acier au carbone atteint le bas de ce que le moule lui-même peut supporter, tandis que la fonte reste 300 à 550 °F en dessous.
Pour l'acier, les fonderies substituent la chromite ou le zircon à la silice à la face du moule.
La taille et la tolérance déterminent dans quel système de moule la pièce est coulée. Le sable vert est le milieu de moulage ferreux le plus courant et traite la grande majorité des fonte grise et de la fonte ductile travaux, et les deux coulent dans la même bande et passent par le même système de sable. Les fortes de l’acier au carbone et de l’acier inoxydable sections tendent à aller vers un moule lié chimiquement, qui tient les dimensions aux grandes tailles que le sable vert ne peut pas.