La fonderie est une étape indispensable dans le cycle de la métallurgie. Cela consiste à former un métal ou un alliage en le coulant dans un moule, et reproduire une pièce après refroidissement.
La fonderie est interconnectée avec différents secteurs : aéronautique, automobile, sidérurgie, équipement industriel, etc. Si la fonderie est assimilée aux secteurs industriels, il existe une branche artisanale, la fonderie d’art.
Les hauts fourneaux
En amont de la production de métaux ferreux, il existe plusieurs catégories de fonte, utilisées pour la production d’alliages en acier. La fonte la plus courante est la fonte grise, constituée de fer et de graphite.
Fabriquer de la fonte nécessite l’utilisation de hauts fourneaux. Ceux-ci peuvent atteindre 90 mètres de haut. Ils reçoivent des agglomérés de minerais de fer concassés et broyés, afin d’être transformés en fonte.
L’aggloméré de minerai de fer est fondu dans les hauts fourneaux à très haute température, avec du coke (carbone presque pur), afin de séparer l’oxygène du fer. A l’intérieur du haut-fourneau, la fonte atteint le point de fusion.
A la base du haut-fourneau, de l’air brûlant est injecté pour isoler l’oxygène présent dans le minerai, de l’élément fer. C’est la fonte qui est coulée, qui va permettre de fabriquer l’acier.
La fonte liquide sort du plancher de coulée. Tous les déchets de combustion sont récupérés et réutilisés après fabrication de la fonte ! Le laitier (gangue du minerai qui a fondu) reste à la surface, il sert à fabriquer du ciment. Les gazs formé dans le haut-fourneau deviennent des combustibles destinés aux centrales électriques.
Pour obtenir de l’acier affiné, la coulée est transportée par camion ou par wagon jusque dans un convertisseur. La fonte en fusion est versée dans une cuve qui approvisionne le convertisseur en oxygène à 1600 degrés. De la ferraille de récupération est ajoutée dans la cuve, puis la fonte en fusion, ceci afin d’obtenir du métal fondu.
La fonte contient encore trop de carbone, et d’impuretés en général après la sortie du haut-fourneau. Dans le convertisseur, la température est telle que le carbone se recombine avec l’oxygène et disparaît sous forme de gaz. La fusion de ces éléments forment du métal liquide appelé « acier sauvage », prêt à être moulé en fonderie, ou laminé pour réaliser des bobines de fils ou de tôles.
Parmi les métaux non-ferreux, certains sont fabriqués à partir de transformations chimiques. L’aluminium n’existe pas à l’état naturel comme le fer, et doit être extrait grâce au procédé Bayer du minerai de bauxite. La forme finale de l’aluminium est obtenue par électrolyse.
Parmi les métaux non-ferreux, le cuivre est également extrait de minerais. Fondu dans des fours de grillage, ou à arc électrique, le cuivre est ensuite affiné dans des convertisseurs appelés Peirce-Smith.
La Fonderie industrielle
La fonderie consiste à former des pièces en chauffant des lingots dans un four. Le métal ou alliage liquide est ensuite coulé dans un moule pour éviter au maximum les retouches après refroidissement. C’est un procédé utilisé dans tous les secteurs industriels.
Plusieurs types de fonderies co-existent pour former des pièces à partir de métaux et d’alliages fondus :
- Les fonderies de métaux ferreux, permettant de fabriquer des aciers et alliages performants ;
- Les fonderies de métaux non-ferreux, pour l’aluminium, le titane, le cuivre, le zinc et les alliages (bronze, etc) ;
- Les fonderies d’art à partir d’alliages cuivreux pour la réalisation de cloches, etc.
Après formation des alliages, les fonderies utilisent plusieurs procédés de moulage selon l’origine ferreuse ou non-ferreuse des métaux.
Ainsi, la fabrication de pièces moulées en petite ou grande série peut s’effectuer grâce à diverses techniques. Sachez que la durée de vie d’un moule en métal est conditionnée par le matériau de l’outillage, son traitement thermique, de surface, et son utilisation.
Le moule métallique en fonderie est réalisé en acier ou en fonte. Il y a plusieurs procédés utilisés : la fonderie sous-pression, les moulage coquilles, basse pression, centrifugation, etc :
- La fonderie sous-pression injecte du métal liquide à grande vitesse dans un moule soumis à une forte pression. Utilisé pour fabriquer des pièces dans le secteur automobile, c’est le process de fonderie le plus économique pour fabriquer en grande série ;
- Contrairement à la fonderie sous-pression, le moulage en coquille permet de réaliser des pièces creuses. Le coût des outillages est adapté à la petite série ;
L’élaboration de pièces de hautes précisions à partir d’alliages coulés à très haut point de fusion nécessite un moulage à la cire perdue. Appelé fonderie de haute précision, ce moule peut accueillir de la fonte à cire perdue comme des alliages non-ferreux.
Enfin, pour le moulage au sable distingue deux procédés le sable vert ou à prise chimique.
C’est une technique utilisée pour la production de pièces de faibles à moyennes série, avec une grande liberté de conception.
Sachez enfin que c’est le fondeur qui est responsable du forgeage des pièces et de la surveillance des mises en oeuvre.
