Définitions :

Le sable de moulage est un mélange de différents matériaux (essentiellement : bentonite, eau et noir minéral).

Pour la qualité du sable, plusieurs contrôles de laboratoire sont mis en œuvre :

- Humidité

- Pourcentage de bentonite

- Indice de finesse et répartition granulométrique

- Pourcentage de noir minéral

- Perméabilité

- Pourcentage de matières volatiles

Accessoirement :

- Résistance à la compression

- Résistance au cisaillement 

Je cite ici les contrôles les plus courants.

A) Humidité :

Est appelée humidité d’un sable de fonderie, la quantité d’eau de mélange s’évaporant intégralement à la température de 105°C / 110°C. Cette quantité d’eau est évaluée par perte de poids selon des conditions normalisées de chauffage et de durée d’analyse.

Les moyens de contrôle du pourcentage d’humidité sont les suivant :

- Etuve de laboratoire

- Sécheur à infra-rouges

- Bombe Speedy (pour mémoire)

A-1) Etuve de laboratoire :

Peser 100 Gr de sable, placer cette échantillon uniformément dans une coupelle,

Placer l’échantillon dans l’étuve dont la température est de 105 / 110°C

Après une période de 2 heures, réaliser une première pesée, remettre ensuite l’échantillon dans l’étuve et ainsi de suite jusqu’à constance du poids au centigramme prés.

A chaque fois, laisser refroidir l’échantillon dans un dessicateur.

Calcul : H₂O = (( A – A’ ) / A) x 100

Où : A: Poids de l’échantillon

: A’ : Poids après étuvage

A-2) Sécheur à infra-rouges :

Répartir 20 Gr de sable dans la coupelle du sécheur, et lancer le cycle de séchage (qui doit être d’une durée comprise entre 4 et 5 minutes)

Certains appareils fournissent le taux d’humidité lecture directe sur le cadran du sécheur.

A-3) Bombe speedy :

Ce dosage est basé sur la réaction de l’eau de mélange avec le carbure de calcium qui libère de l’acétylène.

Réaction : CaC₂ + H₂O à C₂H₂ + CaO

Le volume d’acétylène se formant lors de cette réaction est proportionnel à la quantité d’eau de mélange contenue dans l’échantillon de sable. Comme l’opération se réalise en vase clos, la pression résultante est liée directement avec le volume, et ensuite par la teneur en humidité de l’échantillon de sable analysé.

Pour les dosages, la mallette de la bombe speedy est constituée d’une balance.

La lecture du pourcentage d’humidité se fait sur la manomètre situé sur la bombe.

B) Pourcentage de bentonite :

Cette détermination se fait à partir de la quantité de bleu de méthylène absorbée par la bentonite ou l’argile bentonitique, deux méthodes existent :

La méthode la plus employée est celle du HALO :

Pour obtenir un résultat significatif, il est nécessaire d’analyser successivement la bentonite utilisée pour la préparation du sable et de l’échantillon lui-même. (Les fournisseurs de bentonite donne un contrôle qualité de la bentonite livrée à chaque déchargement).

Prélever 0,5 Gr de bentonite que l’on introduit dans un erlenmeyer contenant 50 mL d’eau distillée et 5 mL de solution saturée de pyrophosphate de sodium, puis faire bouillir 5 min, ajouter 2mL de SO₄H₂ 5N après refroidissement et agiter 30s.

La solution de bleu de méthylène étant placée dans une burette graduée, faire couler cette solution par fraction successive dans l’erlenmeyer contenant la suspension de bentonite.

Après chaque fraction ( 5mL au début, puis 1mL lorsque la fin de l’essai approche), on dépose une goutte de liquide sur un papier filtre. Lorsque cette goutte s’est bien étalée, il se forme un halo dont la couleur varie en fonction de l’absorption du colorant par la bentonite.

Il est incolore tant que la bentonite n’est pas saturée par le colorant, il est bleu clair lorsque la bentonite est saturée, il est d’un bleu franc lorsque le colorant se trouve en excés. L’essai est arrêté lorsque la teinte bleue claire persiste après une agitation manuelle de 2 min.

Pour le sable de moulage, on procède de la même façon :

Le poids étant de 5 Gr de sable de circuit débarrassé de la limaille de fer avec un aimant et séché à 105°C

La teneur en argile active du sable est la suivante : ((A x B) / C)

A = (Poids de la bentonite / Poids du sable à analyser)

B = Consommation en mL de solution de bleu de méthylène par le sable

C = Consommation en mL de solution de bleue de méthylène par la bentonite

La deuxième méthode est celle de la Spectrophotométrie :

Cette analyse nécessite du matériel tel qu’un spectrophotomètre, soit un colorimètre appropriés.

C) Indice de finesse et répartition granulométrique :

Cette analyse se réalise toujours sur un sable débarrassé des éléments inférieurs à 20µm.

C-1) Détermination de la teneur en éléments de moins de 20µm :

La teneur d’un sable en éléments de moins de 20µm est assimilé, par convention, à sa teneur en argile, sous réserve bien sûr que le sable ne contienne pas d’autres additifs que l’argile, ce qui est généralement le cas des sables siliceux ou silico-argileux neufs.

Pour les sables de moulage, la désignation de matières alluvionnables est préférée, ces matières sont constituée principalement d’argile active et calcinée, poussières minérales ainsi que les additifs.

La séparation des particules inférieures à 20µm est réaliser en milieu acqueux, selon la formule de STOCKES qui définit les vitesses de sédimentation des particules en suspension en fonction du temps. Il y à deux méthodes :

- La première consiste à effectuer des décantations et des siphonnages successifs avec un appareillage normalisé.

- La seconde met en œuvre un appareil de lévigation continue où le sable est séparé des particules inférieures à 20µm par un courant d’eau ascendant ayant une vitesse et un débit bien spécifiés.

Pour faciliter le décollage de l’argile fixée sur les grains de silice, le sable est traité à chaud au préalable, par une solution phosphate et mono-disodiques.

Cette opération préliminaire est appelée lixiviation.

Lorsque l’élimination des particules fines est terminée, le sable restant est recueilli, séché à 105°C, puis pesé.

La teneur en éléments inférieurs à 20 µm est calculée par la formule suivante :

(((poids du sable séché – poids du sable lavé) / poids du sable séché)) x 100.

C-2) Détermination de la répartition granulométrique par voie sèche et calcul de l’indice de finesse :

Cette analyse se fait toujours sur un sable débarrassé des éléments inférieurs à 20 µm Il s ‘agit de déterminer une analyse granulométrique sur une série de 11 tamis normalisés, puis d’établir un indice de finesse, chiffre conventionnel correspondant à un tamis fictif qui retiendrait tous les grains de sable si ceux-ci étaient d’un diamètre moyen.

Analyse :

Sécher le sable à 105°C, puis le placer sur le tamis supérieur de la série des 11 tamis placés sur le secoueur électrique. Après un minimum de 10 min de tamisage, les refus de chaque tamis sont soigneusement prélevés et ensuite pesés.

Les résultats sont ensuite reportés sur un tableau de calcul, l’indice de finesse est calculé en multipliant le poids de chaque refus par un chiffre multiplicateur.

Tout les produits obtenus sont additionnés, et leur somme divisée par le poids du sable débarrassé des éléments inférieurs à 20 µm.

D) Pourcentage de noir minéral :

L’opération de lévigation (ou de siphonnage) faite sur un sable argileux contenant du noir minéral sépare ce dernier en deux parties d’inégale importance : l’une est dosée en tant qu’éléments de moins de 20µm, l’autre fait partie de la fraction sable. Il est donc difficile à partir d’une lévigation ou d’un siphonnage et d’une seule mesure de perte au feu, de déterminer les proportions d’argile et de noir.

La méthode de la « double perte au feu », associée à la determination de la teneur en éléments de moins de 20 µm, permet d’estimer le pourcentage de noir minéral d’un sable silico-argileux puis par déduction la partie argile.

Calcul :

L’estimation de la teneur en noir minéral et en argile est réalisée par :

- Une perte au feu portant sur l’échantillon global séché à 105°C

- Un dosage des éléments de moins de 20 µm

- Une perte au feu du sable dissocié de ses éléments de moins de 20 µm

La perte au feu porte alors sur les éléments combustibles du noir, mais aussi sur l’eau « de constitution » de l’argile que l’on admet représenter 10% de la masse d’argile.

Est admit qu’en moyenne 90% du noir minéral est combustible.

Méthode :

Tamiser dans une coupelle tarée