Éléments de la grappe
Les modèles sont fixés sur une descente en cire, soit directement par leurs attaques, soit par l'intermédiaire de canaux. Dans la plupart des grappes industrielles, la descente centrale est à la fois le canal de distribution et la réserve de métal d'alimentation. La conception de la grappe détermine le nombre de pièces coulées par moule et pèse donc fortement sur le coût.
Remplissage
Le métal doit entrer dans l'empreinte assez vite pour remplir les sections minces avant de se figer, mais sans turbulence susceptible d'entraîner de l'air et des peaux d'oxyde. Les mesures de conception consistent à attaquer dans les sections épaisses, à éviter les chutes libres lorsque l'alliage forme des peaux d'oxyde tenaces, à dimensionner l'entonnoir et la descente pour qu'ils restent pleins, et à employer des filtres si nécessaire. La perméabilité de la carapace laisse l'air s'échapper ; les formes borgnes pouvant piéger de l'air peuvent nécessiter des évents.
Alimentation et solidification dirigée
La plupart des alliages se contractent en volume en passant de l'état liquide à l'état solide. Si du métal liquide ne peut affluer pour compenser, le déficit apparaît sous forme de retassures ou de porosité dispersée. Le principe directeur est la solidification dirigée : la solidification doit commencer dans les zones les plus éloignées de la source d'alimentation et progresser régulièrement vers l'attaque, de sorte qu'un chemin liquide reste ouvert jusqu'à ce que la pièce soit solide.
En pratique :
- les attaques sont placées sur la section la plus massive de la pièce ;
- l'attaque et la descente doivent rester liquides plus longtemps que la section qu'elles alimentent, ce que l'on évalue par le module (volume divisé par la surface de refroidissement) ;
- les masses isolées, séparées de l'attaque par des parois minces, sont le siège classique des retassures et doivent être évitées à la conception ou alimentées par une attaque supplémentaire ;
- une isolation de la carapace ou un refroidissement local permettent d'orienter le gradient thermique.
Les alliages à large intervalle de solidification, comme de nombreux alliages de nickel et certains bronzes, tendent à former une microporosité fine et dispersée plutôt qu'une cavité concentrée et sont plus exigeants à alimenter.
Structure de solidification et vitesse de refroidissement
La carapace céramique chaude extrait la chaleur lentement en comparaison d'un moule métallique. Les pièces de fonderie de précision se solidifient donc assez lentement, ce qui favorise le remplissage complet mais produit un grain plus gros qu'en coulée en coquille. La taille de grain, l'espacement dendritique et la ségrégation dépendent de l'épaisseur locale, de la température de carapace et de la température de coulée. Lorsqu'un grain équiaxe fin est requis, en particulier pour les alliages de nickel et de cobalt, on utilise des agents de germination dans la première couche et une faible surchauffe. Le refroidissement après solidification influe sur les contraintes résiduelles et, pour les aciers trempants, sur la microstructure brute de coulée.
Simulation
La simulation du remplissage et de la solidification sert à comparer des variantes de système de coulée avant de figer l'outillage, à localiser les dernières zones à se solidifier et à estimer le risque de porosité. Elle complète, sans les remplacer, les coupes et la radiographie des premières pièces.
Défauts associés : retassures, mal venus, criques à chaud.