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Réaliser du coulage en aluminium - par où commencer
Bonjour à tous,
Préambule
Si vous suivez un peu ce blog, nombre d'entre-vous savent qu'en plus de la programmation microcontrôleur, MicroPython et l'électronique, je m'intéresse aussi à l'usinage de petite pièces sur un tour Proxxon.
Le retour du projet Cansat (voir articles sur le sujet CanSat) m'a quelque peu inspiré... Je pensais réaliser/tourner une base et haut de cylindre (attache-parachute) en aluminium de 3mm d'épaisseur.
Le hic, c'est qu'il n'est pas possible d'acheter de petites sections d'aluminium sur les sites professionnels. Par exemple, le mètre en diamètre 60mm est vendu ~150 EUR (pas vraiment abordable pour un hobby).
Les sites grands publiques pratique des prix clairement excessifs! Par exemple 11 Eur pour un diamètre 60mm sur 5cm de long.
En alternative, je pensais récupérer un fond de poêle en aluminium pour l'usiner... mais pas si facile de trouver un rebus aussi spécifique... d'autant que la récupération dans les parc de recyclage est maintenant interdit.
Finalement, la fonte d'aluminium paraît être une option viable. En effet, l'aluminium est accessible partout autour de nous... et nous en jetons beaucoup (sous forme de canettes ou de barquettes).
Une fonte très artisanale
Dans l'énergie autrement (Barnabé Chaillot) j'avais déjà découvert sur ses vidéos YouTube qu'il était possible de porter la température d'un brûleur à bois au delà de 660°C (température de fusion de la fonte).
Avec Primitive Technology (et ses vidéos), j'ai découvert la forge au charbon de bois et air pulsé à la main. Assez efficace pour fondre et couler un acier artisanal.
J'ai eu l'occasion de croiser une vidéo d'un four/forge semi-enterrée et utilisant des briques réfractaires. Du charbon de bois et une ventilation forcée permettait de fondre de l'aluminium (660°C) dans un creuset artisanal (en fait, le fond d'un petit extincteur.
Je n'ai pas retrouvé cette vidéo mais en voici une autre très similaire sur une tentative de fonte de cuivre à 1085°C. Cela n'a pas marché pour le cuivre mais plutôt bien pour l'aluminium qui a son point de fusion à 660°C.
L'arrivé d'air forcé est ici produite par un décapeur (donc de l'air déjà chaud).
Dans le cas présent, une boîte de conserve est utilisée.
Comme le point de fusion du fer est de ~1550°C, nous pourrons fondre du l'aluminium (660°C) bien avant que l'acier et le fer utilisés ne ramollit.
Personnellement, je préférerais utiliser un fond d'extincteur, celui-ci présenterait une inertie thermique bien plus importante qu'un pot de fer.
Enfin l'utilisation de moule à gâteau (préchauffé) est une option intéressante pour réaliser un moulage rapide.
Je vous invite à visionner la vidéo "Brick and Charcoal Furnace" (YouTube)
Les 9 choses à savoir
Avant de se lancer dans le fonderie, il y a des choses à savoir pour obtenir de meilleurs résultat mais aussi pour se protéger.
Voici la vidéo "9 Things I Didn't Know Before Building a foundry" de Casting 101 que j'ai trouvé particulièrement intéressante.
1) Cannette en aluminium = qualité moyenne
Ces cannette sont peintes, contiennent du plastique et des déchets de sucre (boissons). Cela provoquera beaucoup de fumées certainement toxiques.
Il faut donc penser à se protéger les voies respiratoires et penser à travailler en extérieur.
Durant la fonte, des déchets vont se former en surface pour former une gangue qu'il faudra écumer!
Enfin, la qualité de l'aluminium sera pas extraordinaire. Ces aluminiums de récupération ne sont pas fait pour du moulage (Casting en anglais) car ils sont trop visqueux.
Si vous désirez réaliser des pièces coulées alors il vaut mieux se tourner vers un approvisionnement de qualité.
A noter:
- Ajouter une proportion de Silicium métallique (Silicium Cristallin/industriel) permet d'améliorer la fluidité d'un aluminium de récupération. C'est abordé dans une autre vidéo ci-dessous.
- L'ajout de Borax (Borate de sodium hydraté) est utilisé comme "flux de fusion" évitant l'oxydation et facilitant l'évacuation des impuretés. Voir cet article Wikipedia sur Borax et ses applications en métallurgie.
- L'aluminium d'enjoliver et pièce de voiture semble être de meilleure qualité que celui récupéré sur les cannettes, les plaques de voitures, ...
2) Moulage au sable
Visiblement, pour du moulage de pièce deux choix se présente à nous:
- Le Sable Vert (Green Sand)
- le Petrobond
Le sable vert c'est du sable + argile + un peu d'eau afin d'obtenir un table qui puisse tenir une forme le temps du coulage.
Bien que simple et facile, réaliser ce mélange est assez long et contraignant. Il faut préparer le sable en petite quantité et intégrer l'eau au fur et à mesure jusqu'à obtention de la texture adéquate. De surcroît, il faut une humidité assez homogène dans tout le moule... et c'est long à préparer à la main (sans machine adéquate).
C'est une méthode plus économique qui sera intéressante pour des moulages en série et lorsque l'on a déjà acquis de l'expérience.
PetroBond est sable spécial contenant de l'huile. Il est réaliser à partir d'un sable super-fin et Bentone (une formule qui retient l'huile plutôt que de l'eau).
C'est donc un sable qui ne sèche pas puisqu'il ne contient pas de l'eau et qui est toujours prêt à l'emploi.
Pour réaliser de petites séries ou moulage occasionnel,
Petrobond est certainement la meilleure approche (même si son prix est plus élevé). Comme ce sable contient de l'huile, il faut s'attendre à des fumée mal-odorante durant la coulée.
3) Utiliser des attaches et loquets
Dans un moulage au sable, on utilise généralement une enceinte en bois composée en deux parties.
Il est important d'utiliser des attaches permettant aux deux éléments de rester alignés ensembles MAIS AUSSI DES LOQUETS pour empêcher la partie supérieure du moule d'être soulevé.
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| Source: vidéo 9 Things I Didn't Know Before Building a foundry |
En effet, vous coulez un liquide par le dessus du moule. La pression hydrostatique aura tendance à faire "flotter" la partie supérieure du moule
4) Ne pas oublier la rétraction
Le métal en fusion occupe un volume plus important que le métal a froid. Cela signifie qu'il a tendance à se rétracter lorsqu'il se refroidi.
Le métal étant liquide, la rétraction obéit à la gravité puisque le métal est en fusion... c'est donc sur la partie la plus haute que la rétraction est la plus visible.
Pour éviter ce problème, on fait généralement une petite cheminée au dessus de l'endroit sensible avec un petit réservoir de métal liquide. De la sorte, la rétraction se fera dans le haut du réservoir de métal et plus dans le haut de la pièce.
5) Stocker sous forme de lingot
Si vous avez beaucoup de matière première (ex: cannette), vous pouvez la fondre et réaliser de petits lingot à l'aide d'un moule en métal.
Les lingots triangulaire sont facile a former, le moule est rudimentaire et il sont facile a démouler... sans parler du fait que la forme est attractive.
6) Attention au métal, au béton... à l'humidité
La surface du métal tout comme le béton contiennent toujours de l'humidité (même sous forme résiduelle).
Lorsque vous coulez du métal en fusion sur ces surfaces, l'eau se vaporise instantanément créant une bulle de métal en fusion qui éclate rapidement.
Le béton déteste être chauffé brutalement, il éclate sous l'effet de la chaleur (dangereux pour vous et ruine rapidement la surface en béton.
Cette bulle qui éclate envoi du métal en fusion à 600°C tout azimut... et vous comprendrez que cela est très dangereux.
A) Ne jamais travailler sur du béton... travaillez sur belle couche de sable.
B) Préchauffé vos moules en métal au dessus de la température de vaporisation de l'eau.
C) Ne jamais utiliser de moule pouvant contenir de l'eau (ex: moule en bois)
7) Le laiton et fumée de Zinc
Si vous montez suffisamment haut en température, vous aurez la chance de récupérer du laiton que l'on utilise couramment en plomberie.
Le laiton, a ne pas confondre avec le Bronze, est facile à mouler à partir de 940°C.
Le Laiton contient 60-80% de Cuivre et 15 à 40% de Zinc.
Comme le Zinc rentre en ébullition à 907°C, celui-ci se transforme en vapeur de Zinc qui se présente sous forme de fumée blanche qu'il ne faut pas respirer au risque d'être bien malade (metal fiever)!
Il faut donc utiliser un masque adéquat.
A propos du Bronze:
Le bronze est composé de cuivre et silicium... donc pas de zinc... pas de risque particulier.
C'est également un métal très facile à couler et plus facile à couler que le laiton (justement parce qu'il n'y a pas le problème inhérent au Zinc). Le bronze est idéal pour les pièces complexes.
8) La pression hydrostatique
Si vous coulez une longue pièces alors coulez la à l'horizontale (avec la dimension la plus grande à l'horizontale).
En effet, avec un moulage à la verticale, la pression de la colonne de métal en fusion sera tellement importante que la partie inférieure du moule a toute les chances de se déformer.
9) Utilisez un matériel approprié
Un métal en fusion est terriblement dangereux... ce ne sera pas une simple brûlure à l'eau chaude. Le moindre incident marquera votre corps à vie!
N'utilisez pas la pince à salade pour déplacer votre creuset. Oubliez les gants de cuisine pour vous protéger de la chaleur.
Utilisez un matériel adéquat pour vous protéger le corps, le mains, les chaussures et surtout une visière pour le visage.
Utilisez aussi les pinces adéquates pour déplacer votre creuset en sécurité (sans prendre le risque de le casser).
Créer un fonderie au propane
La vidéo ci-dessous décrit comment créer un four de fonderie capable de monter à 1200°C (2300°F) en utilisant un moulage à base de ciment réfractaire.
C'est une vidéo très intéressante expliquant aussi l'utilisation de coudes pour créer un écoulement turbulent de l'air (en vue d'améliorer le mélange air-propane) puis l'utilisation de tubes concentriques pour revenir à un écoulement laminaire (brûle plus efficacement).
Cette seconde vidéo explique en détail tout le processus de traitement des cannettes avant la fonte dans le four.
Les additifs Silicium métallique et Borax sont également visible en fin de fusion.
J'espère que trouverez tout cela tout aussi intéressant que moi.
Bon visionnage et bonne lecture.
Dominique
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