Le sable de chromite est un matériau de moulage essentiel, voire indispensable, pour la fonderie d’aciers alliés, notamment pour les applications exigeantes impliquant des aciers fortement alliés, des pièces de grande taille et des profilés épais. Ses propriétés uniques permettent de surmonter de nombreux obstacles liés à la fonderie de ces matériaux de pointe.
1. Avantages du sable chromiteux
Le sable de chromite excelle là où le sable de silice standard échoue, notamment avec des alliages comme l’acier inoxydable, l’acier à haute teneur en manganèse, l’acier résistant à la chaleur et l’acier à haute teneur en chrome .
Stabilité thermique et chimique exceptionnelle :
Haute réfractarité : point de fusion > 1800 °C, résiste facilement aux températures de coulée de l’acier allié (souvent 1550-1650 °C+).
Inertie chimique : neutre à légèrement basique. Elle résiste au mouillage et à la réaction avec les oxydes métalliques (FeO, MnO) et les scories basiques, empêchant ainsi une pénétration chimique/brûlure importante — un problème majeur avec les éléments réactifs comme le Cr, le Mn et le Ti dans les aciers alliés.
Capacité de refroidissement élevée (puissance frigorifique) :
Sa conductivité thermique est 3 à 4 fois supérieure à celle du sable de silice . Ceci favorise une solidification rapide, ce qui :
Affine la microstructure brute de coulée , améliorant ainsi les propriétés mécaniques.
Réduit la porosité et les défauts de retrait dans les sections épaisses.
Réduit la pénétration du métal pour une surface plus propre.
Faible dilatation thermique :
Ne subit pratiquement aucun changement de phase lors du chauffage, éliminant ainsi les défauts liés à la dilatation tels que les veinures, les plis et les queues de rat .
Excellent potentiel de récupération :
Bien que coûteux, il peut être efficacement récupéré à sec (concassage, criblage, séparation magnétique) et réutilisé, améliorant ainsi la rentabilité.
2. Principales applications des pièces moulées en acier allié
| Application | Objectif et avantages |
|---|---|
| Face au sable | L’ utilisation la plus courante consiste à appliquer une couche (20 à 50 mm) sur la surface de la cavité du moule, qui sert de barrière réfractaire et inerte. Le sable de support peut être du sable de silice, moins coûteux. |
| Points chauds et sections épaisses | Placés dans les zones sujettes à la porosité de retrait pour accélérer le refroidissement et favoriser la solidification directionnelle. |
| Noyaux pour fonctionnalités internes complexes | Utilisé pour les noyaux difficiles à refroidir ou à nettoyer, ou lorsque la pénétration de métal est probable. |
| Systèmes de portail et de colonne montante | Prévient l’érosion des canaux de coulée, assurant ainsi l’introduction d’un métal plus propre dans la cavité. |
| Pièces moulées de grande taille/lourdes | Pratiquement indispensable pour des composants tels que les pots à scories, les carters de broyeurs, les corps de pompes, les corps de vannes et les composants de turbines afin de garantir la qualité et l’intégrité de leur surface. |
3. Caractéristiques principales du sable chromiteux
Composition chimique (% en masse) :
Cr₂O₃ : ≥ 45 % (qualités supérieures > 46 %). Principale source de réfractarité.
SiO₂ : ≤ 3 % (plus la teneur est faible, mieux c’est). Une forte teneur en silice réduit la réfractarité et favorise les réactions de laitier.
FeO (sous forme de Fe₂O₃) : environ 18-22 %. Doit être constant. Influe sur la basicité du sable.
CaO + MgO : Bénéfique pour la basicité, mais à contrôler.
Perte au feu (LOI) : ≤ 0,5 %. Indique une faible teneur en matières volatiles/en eau.
Propriétés physiques :
Finesse du grain AFS : généralement 45-55, 55-65 ou 70-100. Une distribution de grain plus serrée est préférable.
pH : Neutre (environ 7,0-8,5). Important pour la compatibilité du liant résineux.
Fraction magnétique : doit être minimale (<0,5%).
Éléments nocifs : Limites strictes sur le soufre (S) et le phosphore (P) pour éviter la contamination de l’acier.