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Fonderie Fondeur d’aujourd’hui - N°253 - mars 2006 D O S S I E R 26 INTRODUCTIO

Fonderie Fondeur d’aujourd’hui - N°253 - mars 2006 D O S S I E R 26 INTRODUCTION Dans le procédé de coulée continue de la fonte, le métal commence à se solidifier dans une filière en graphite à base ouverte refroidie à l’eau. Les conditions thermophysiques sont différentes de celles du moulage sable. Du fait de la vitesse de solidification plus importante, les propriétés des pièces sont différentes de celles obte- nues en moulage sable, d’où l’obtention d’une structure particulière- ment fine et homogène. Les jets coulés en continu se caractérisent par une excellente étanchéité aux gaz et aux liquides [1, 2]. Pour les jets coulés en continu, il n’existe aucune norme internatio- nale (ISO), européenne (EN) ou nationale. Des représentants des quatre entreprises citées ci-après ont fait le point sur la production actuelle des jets en fonte coulés en continu et ont étudié une première recommandation en vue d’une future normalisation : • ACO Guss, Kaiserslautern (D), • Contifonte groupe Kuhn, Saverne (F), • Gontermann-Peipers, Siegen (D), • TASSO, Odense (Danemark) Principe de la coulée continue Les jets en fonte à graphite lamellaire et sphéroïdal sont coulés selon le procédé de coulée continue horizontale. La figure 1 représente les trois principales parties de l’installation de coulée : le creuset avec la filière en graphite fixée par bride, interchangeable et refroidie à l’eau ; le moteur et le dispositif d’extraction à commande électronique ;le dispositif de tronçonnage et de casse des jets.La filière est l’élément le plus important ;elle a une influence directe sur l’état de surface,la forme des jets,la microstructure en fonction de la vitesse de refroidissement et sur la maîtrise de la qualité.Elle est constituée d’une forme en graphite emmanchée dans une coquille refroidie à l’eau. La capacité utile du creuset dépend des profils à produire et du cycle d’approvisionnement en fonte liquide. Dans le procédé de coulée continue, le creuset est alimenté à intervalles réguliers en fonte liquide pour permettre une production en continu. La fonte liquide prélevée du four de fusion peut subir différents traitements de sphé- roïdisation et d’inoculation, avant d’être transférée dans le creuset. Selon la taille des jets et la vitesse d’extraction, ce processus est e nombreux exemples illustrent les avantages techniques et économiques de l’emploi de fontes à graphite lamellaire et sphéroïdal. Les avantages de ces matériaux ont été décrits principalement pour les pièces moulées. Cet article traite de profils ou de jets coulés en continu comme ébauches à partir desquelles des pièces de construction sont fabriquées pour de multiples applications. Les pièces en fonte coulées en continu ne sont pas normalisées à ce jour. C’est la raison pour laquelle quatre fonderies européennes de coulée continue ont établi,à l’initiative du Deutscher Gießereiverband (DGV) de Düsseldorf,un état de l’art de la coulée continue de fonte. D La fonte coulée en continu pour une fabrication innovante de pièces KLAUS HERFURTH, SOLINGEN (ALLEMAGNE) Fig. 1 : Schéma de machine de coulée continue horizontale. 1 : creuset - 2 : filière en graphite - 3 : rouleaux de soutien - 4 : cylindres d’entraînement - 5 : tronçonnage - 6 : cassage - 7 : barres. D O S S I E R Fonderie Fondeur d’aujourd’hui - N°253 - mars 2006 27 renouvelé toutes les 15 à 30 minutes. La température de la fonte liquide dans le creuset varie entre 1 180 et 1 300 °C en fonction du module des barres à produire. En raison des lois de refroidissement, la température de surchauffe est d’autant plus élevée que la barre à couler est mince. Au cours de la première phase de refroidissement de la fonte à travers la filière (refroidissement primaire), une couche externe solide se forme. Celle-ci assure la tenue de l’ensemble pendant la suite de la solidification qui se poursuit en dehors de la filière à l’air libre. La solidification (refroidissement secondaire) se poursuit dans tout le jet pendant l’extraction. Le centre de la barre se solidifie en dehors de la filière. Cette dernière, principalement constituée de graphite électrostatique,a plusieurs rôles :elle donne au jet sa forme, son action lubrifiante réduit les frottements entre la filière et les jets et enfin, grâce à ses propriétés physiques et thermiques, elle ajuste la vitesse de refroidissement de la barre au niveau souhaité. Le débit d’eau dans la coquille est réglable pour modifier l’intensité du refroi- dissement.La hauteur métallostatique de la fonte liquide dans le creu- set a un effet de masselottage sur la barre. Le retrait à l’état liquide des jets est compensé par l’alimentation continue en métal liquide.En parallèle, la précipitation du graphite au cours de la solidification empêche la formation de retassures. La maîtrise de tous ces para- mètres permet l’obtention de jets coulés en continu avec une struc- ture particulièrement dense et homogène exempte de retassures et de porosités.Avant de procéder au remplissage du creuset, la filière est fermée sur le côté par un tirant d’extraction. Celui-ci est extrait au moyen d’un moteur à commande électronique qui, dans le cas de filières fixes, tire sur la barre en discontinu. Le cycle d’extraction comporte une phase d’avance et une phase de repos (temps d’at- tente) ; la maîtrise de ce cycle est primordiale pour la production de jets en coulée continue de la fonte. La longueur de l’avance peut varier entre 30 et 80 mm selon la taille de la barre et la nuance de la fonte. L’installation est équipée en aval d’un système de conditionne- ment sur chaque barre. Le profil en mouvement est partiellement tronçonné à l’aide d’une scie ou d’un système de découpe au chalu- meau qui se déplace parallèlement à la barre. Les jets sont ensuite cassés à l’aide d’un dispositif de cassage hydraulique. La figure 2 illustre le fonctionnement des installations de coulée continue avec le creuset de maintien, la filière et l’extraction d’une, de deux et de quatre barres. Le client ou le revendeur peut exiger très rapidement du producteur un nombre important de différents jets. C’est la raison pour laquelle la fonte coulée en continu doit souvent être disponible dans des temps très courts. Les fonderies doivent avoir un stock permanent pour assurer les livraisons des nombreuses nuances et diverses dimensions de profils (figure 3). Les jets peuvent être de section ronde, carrée ou rectangulaire, de diffé- rentes tailles et longueurs. Fig. 3 : Stock de jets coulés en continu, de formes, de tailles et de longueurs variées (source : K. Vollrath, Rees). La figure 4 représente deux variantes du procédé de fabrication de jets coulés en continu. La variante 1 est le cas le plus fréquent : la fonderie livre au client pour usinage les profils aux dimensions et aux caractéristiques mécaniques demandées. Dans ce cas, aucun traite- ment d’amélioration des caractéristiques n’est utile. Fig. 4 : Les différentes étapes de fabrication des pièces en fonte coulées en continu. La figure 5 illustre à gauche les différentes étapes de fabrication de la variante 1. Un traitement thermique peut être nécessaire dans certains cas. Un contrôle qualité global doit être pratiqué en fin de Variante 1 Variante 2 Coulée continue Coulée continue Ebauche de la barre Ebauche de la barre Découpe des barres Découpe des barres Traitement thermique Traitement thermique (facultatif) (facultatif) Usinage des pièces Usinage des pièces (ébauche et finition) (ébauche) (usinage grossier et fin) Contrôle qualité Contrôle qualité fonderie fonderie Traitement thermique Traitement de surface Usinage des pièces Revêtements Fig. 2 : Différentes installations de coulée continue : a) Installation de coulée continue pour une barre avec remplissage du creuset en arrière plan (source : Contifonte, Kuhn / Saverne (F)), b) Installation de coulée continue pour une barre (source : Tasso, Odense (DK)), c) Installation de coulée continue pour deux barres (source : Contifonte, Kuhn / Saverne (F)), d) Installation de coulée continue pour quatre barres (source : Tasso, Odense (DK)). fabrication. Durant tout le processus de fabrication, un suivi qualitatif doit être assuré. Par contre, pour la variante 2 (figure 4, droite), une amélioration des propriétés et caractéristiques utiles du matériau, visant plus particulièrement la résistance mécanique, est obtenue après pré-usinage par des traitements thermiques ciblés et par des revêtements ou traitements de surface. Le tableau 1 précise les différentes méthodes de contrôle de la qualité pratiquées par les producteurs de fontes coulées en continu. Parmi ces méthodes figurent l’examen visuel, le contrôle dimension- nel, l’examen micrographique, l’analyse chimique, les propriétés mécaniques avec l’essai de traction, l’essai de dureté Brinell ainsi que les contrôles non destructifs : ressuage, ultrasons, magnétoscopie. Les jets coulés en continu, de longueur définie, sont généralement livrés par le fabricant à l’état brut ou usiné. Le fabricant peut égale- ment proposer un usinage sur chaque face conformément à la demande du client (figures 6 et 7). Ainsi le client fait l’économie de certaines opérations d’ébauche. Les jets carrés et rectangulaires peuvent être usinés sur six cotés. On applique dans ce cas des précisions angulaires < 0,05 mm à 100 mm, des valeurs identiques pour les tolérances parallélisme, planéité et de longueur < 0,04 mm à 100 mm. Il est uploads/Industriel/ dossier-coulee-continue.pdf