La coulée de métal est le processus de fabrication d'objets en versant du métal fondu dans un moule qui a un espace en forme. Le métal se refroidit ensuite et durcit en une pièce solidifiée. Lorsqu'il s'agit de production de masse, le moulage est souvent un moyen moins coûteux de fabriquer des pièces que de les usiner à partir d'une pièce de métal solide. Le moulage permet un haut niveau de détail, ce qui évite de nécessiter une fabrication ou un assemblage supplémentaire.
Bien que de nombreux matériaux puissent être coulés, le fer et l'acier sont généralement les plus populaires. Le fer et l'acier se caractérisent par d'excellentes propriétés mécaniques et une large gamme d'applications. Bien que les deux puissent se ressembler, ils présentent des différences distinctes. Jetons un coup d'œil aux différences entre les pièces moulées en acier et les pièces moulées en fer.
Différences de composition chimique entre la fonte et l'acier moulé
Fonte désigne généralement la fonte grise, la fonte ductile et la fonte malléable. Il s'agit d'une fonte dont la teneur en carbone est supérieure à 2 %.
Acier moulé fait généralement référence à l'acier au carbone ordinaire et à l'acier allié. Il s'agit d'un moulage d'acier avec une teneur en carbone inférieure à 2 %.
Par conséquent, la composition chimique et les matières premières de la fonte et de l'acier moulé ne sont pas très différentes.
Bien que la fonte et l'acier puissent sembler similaires en surface, ils présentent tous deux des avantages et des inconvénients distincts, de la production à l'application. Comprendre ces avantages et inconvénients et faire le bon choix peut signifier une énorme différence entre la résistance et la durabilité.
Tableau de comparaison des caractéristiques de la fonte et de l'acier moulé
Le tableau suivant donne un aperçu général des qualités de chaque matériau.
| Matériaux | Fer gris | Fonte ductile | Acier |
|---|---|---|---|
| Avantage | Bon amortissement des vibrations, bonne résistance à l'usure, bonne usinabilité et faible sensibilité à l'encoche. | Haute résistance, ductilité et résistance à la chaleur et ténacité. Ainsi, une application plus large, dans certains cas, peut remplacer l'acier au carbone. | Grande flexibilité de conception, bonne soudabilité et maniabilité. Il permet des formes complexes et des pièces à section creuse. |
| Désavantage | Sa résistance à la traction et son allongement sont très faibles. Ainsi, il ne peut produire que certaines pièces métalliques avec de faibles exigences physiques. | Plus de défauts de coulée, sa technologie de production est élevée. Le processus de fabrication est plus complexe. D'où un coût plus élevé que la fonte grise normale et l'acier moulé. | Il a une aspiration, une résistance à l'usure et une mobilité relativement mauvaises. Les coûts sont plus élevés que la fonte normale. |
| Applications | Blocs moteurs, culasses, collecteurs, brûleurs à gaz, ébauches d'engrenages, boîtiers, boîtiers, produits d'aménagement extérieur, poêles à frire, boîtiers électriques, moulages décoratifs, pièces de poêle, poids. | Fusées d'essieu, vilebrequins, engrenages à usage intensif, composants de suspension d'automobiles et de camions, composants hydrauliques, charnières de porte d'automobile. | Roues industrielles, engrenages de coulée, corps de vannes, machines minières, roues de turbines hydroélectriques, presses à forger, châssis de wagons, carters de pompes, équipements marins, carters de moteurs, camions lourds, équipements de construction. |
Castabilité
Le fer fond à environ 2300˚F(1260℃) et l'acier fond à 2600˚F(1427℃), et les deux sont versés dans des moules à des températures encore plus chaudes.
La fonte est relativement facile à couler car elle est facile à couler et ne rétrécit pas autant que l'acier. Cela signifie qu'il remplira facilement les vides complexes dans un moule et nécessite moins de matériau fondu pour le faire. Cette fluidité fait de la fonte un métal idéal pour la construction de structures architecturales telles que des clôtures et des bancs.
L'acier coulé est plus difficile à couler que le fer. Il a un point de fusion plus élevé et un retrait plus important, ce qui doit être pris en compte dans la conception du moule. Les colonnes montantes devraient avoir plus de capacité à puiser à mesure que le métal refroidit et rétrécit. Des précautions doivent être prises avec l'épaisseur de la cavité du moule car les zones plus minces refroidiront plus rapidement que les zones plus épaisses, ce qui peut créer des points de contrainte internes pouvant entraîner une fracture.
L'acier moulé est également moins fluide que le fer, ce qui rend plus difficile le coulage et le remplissage des espaces complexes dans la cavité du moule. L'acier fondu est également plus susceptible de réagir avec les surfaces internes du moule, ce qui rend les résultats plus imprévisibles.
Usinabilité
Dans la plupart des cas, les pièces moulées nécessitent un usinage pour obtenir des tolérances précises et les finitions de surface souhaitées.
L'usinabilité est une mesure de la facilité avec laquelle un matériau donné peut être coupé ou meulé, certains matériaux sont plus difficiles à usiner que d'autres. En règle générale, les métaux avec un alliage important ajouté pour améliorer les propriétés mécaniques ont une usinabilité plus faible.
La fonte ductile est généralement plus facile à usiner que l'acier moulé. La structure graphite de la fonte se fracture plus facilement et de manière plus uniforme. Le fer plus dur, comme le fer blanc, est plus difficile à usiner en raison de sa fragilité.
Alors que l'acier au carbone est le type d'acier le plus facile à usiner, l'acier à haute teneur en carbone peut prendre plus de temps à couper ou à meuler et usera les outils plus rapidement, ce qui entraîne des coûts de production plus élevés. L'acier à faible teneur en carbone peut devenir collant, ce qui le rend difficile à travailler.
Généralement, la présence d'alliages utilisés pour augmenter les performances mécaniques rend souvent l'usinage plus difficile.
Capacité d'amortissement
Le moulage est souvent un moyen précieux de créer des pièces complexes utilisées dans les applications de machines où les vibrations sont souvent un facteur.
La structure graphite en fonte, notamment la structure lamellaire en fonte grise, est particulièrement efficace pour absorber les vibrations. Cela fait de la fonte un matériau idéal pour les blocs moteurs, les carters de cylindres et les bancs de machines, ainsi que pour d'autres applications où la robustesse et la précision sont importantes.
L'acier moulé a généralement une capacité d'amortissement inférieure à celle de la fonte, ce qui peut entraîner des vibrations et des bruits excessifs sous forme de bourdonnement ou de grincement.
Résistance aux chocs et à l'usure
La fonte a généralement une meilleure résistance à l'usure mécanique que l'acier moulé, mais en ce qui concerne la résistance aux chocs, l'acier moulé peut résister à des contraintes et à des contraintes importantes sans se fracturer, se plier ou se déformer. Cela est dû à son excellente ténacité.
L'acier moulé s'use plus facilement que la fonte, mais peut encore résister à certains types d'abrasion. Certains ajouts d'alliage peuvent augmenter à la fois la résistance aux chocs et à l'usure.
La résistance sans ductilité donne un matériau fragile, très sensible à la rupture. En raison de sa fragilité, la fonte a une gamme limitée d'applications.
Résistance à la corrosion
En ce qui concerne la corrosion, la fonte a une meilleure résistance à la corrosion que l'acier moulé. Cela ne signifie pas pour autant qu'ils sont insensibles à la corrosion. Lorsqu'ils ne sont pas protégés, les deux métaux s'oxydent en présence d'humidité (tandis que le fer développe une patine pour empêcher une corrosion profonde de l'intégrité du métal). Finalement, ils se décomposeront complètement.
Pour éviter cela, le revêtement est recommandé pour les pièces moulées en acier et en fonte. Les méthodes de revêtement les plus utilisées comprennent la peinture ou le revêtement en poudre
Comparaison des coûts
La fonte est souvent moins chère que l'acier moulé en raison des coûts de matériaux moins élevés. Et comme nous l'avons mentionné dans le coulabilité, la fonte est relativement facile à couler car elle se coule facilement et ne rétrécit pas autant que l'acier. Moins d'énergie et de travail sont nécessaires pour produire un produit final.
Alors que l'acier brut est plus cher, sa coulée nécessite plus de temps et d'attention. Mais l'acier est également disponible sous de nombreuses formes préfabriquées, telles que des tôles, des tiges, des barres, des tubes et des poutres, et peut souvent être usiné ou assemblé pour s'adapter à une application particulière. Selon le produit et la quantité requise, la fabrication de produits en acier existants peut être une option rentable.
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