10 questions-réponses sur le zinc et ses alliages dans la fonderie.

1 Quels sont les avantages qu'offre la fonderie ?
La caractéristique principale de la fonderie est de transformer la matière en passant par un état liquide intermédiaire qui confère au métal des propriétés isotropes (homogènes dans toutes les directions) et permet d'obtenir n'importe quelle forme en une seule opération.

C'est un procédé d'autant plus économique que les pièces à produire ont un tracé et des fonctions complexes.

2 Pourquoi le zinc est-il utilisé en fonderie ?
A l'état pur, le zinc présente de très bonnes propriétés telles que la coulabilité ou la ductilité. Mais en fonderie, il est généralement associé à d'autres métaux (alliages de zinc et alliages au zinc comme par exemple le laiton).

L'intérêt d'utiliser les alliages de zinc en fonderie réside aussi bien dans leurs bonnes caractéristiques mécaniques que dans leur excellente aptitude au moulage qui permet de réaliser les formes les plus complexes avec des détails d'une très grande finesse et des épaisseurs très faibles lorsque les conditions d'utilisation l'autorisent.

Leur bas point de fusion conduit à une faible consommation d'énergie. Ils ne nécessitent aucun traitement métallurgique d'affinage, de dégazage ou de désoxydation. Leur fusion répétée ne modifie ni leur composition ni leurs propriétés physiques ou mécaniques, ce qui permet un recyclage optimal des retours (jets, canaux de coulée, masselottes, etc).

Le zinc est naturel et donc non polluant, l'utiliser c'est participer à la défense de l'environnement grâce à son recyclage à 100%.

Enfin, grâce au faible retrait de ces alliages, les pièces peuvent être réalisées avec une précision remarquable et des dépouilles très réduites.

3 Quel est le tonnage de pièces en alliages de zinc réalisé en fonderie ?
Le zinc dans la fonderie représente un marché annuel de l'ordre de 1 150 000 tonnes de pièces produites dans le Monde, dont 340 000 tonnes en Europe et 45 000 en France.

La stabilité constatée provient d'une évolution des pièces produites qui sont aujourd'hui en moyenne 25% plus légères, à fonctions égales, que par le passé. Cette baisse est compensée par un nombre croissant de secteurs utilisateurs et d'applications nouvelles de pièces en alliages de zinc.

4 Quels sont les principaux alliages utilisés ?
Les alliages de zinc normalisés en fonderie sont des alliages zinc-aluminium avec des teneurs variables en aluminium (de 4 à 30%), de faibles additions de magnésium (de 0.012 à 0.06%) et de cuivre (de 0 à 3%).
- Les alliages ZL3, ZL5 et ZL2 (Zamak) sont essentiellement utilisés en moulage sous pression, ils représentent environ 95% du marché. Leur composition est définie par les normes NF EN 1774 "Zinc et alliages de zinc - Alliages pour fonderie - Lingots et liquide" et NF 12844 "Zinc et Alliages de zinc - Pièces moulées - Spécifications", ainsi que la norme internationale ISO 301.
- Les alliages Kayem utilisés pour la fabrication économique d'outillages de presse (outils de découpe et d'emboutissage, moules d'injection, de soufflage ou de thermoformage des matières plastiques).
Les alliages ZL8, ZL12 et ZL27 (ZA) avec:
- Le ZL8 qui apporte une bonne tenue en température, présente un ensemble de propriétés mécaniques d'un très bon niveau et qui est moulable sur les machines à chambre chaude,
- Le ZL12 principalement utilisé dans la réalisation de prototypes ou de pré-séries de pièces qui seront ensuite réalisées en Zamak par moulage sous pression,
- Le ZL27 qui se caractérise par une charge de rupture élevée (de 400 à 450 MPa). C'est le seul alliage susceptible de recevoir un traitement thermique d'homogénéisation qui améliore sa ductilité. Il existe également d'autres alliages spéciaux qui répondent à des exigences particulières de résistance au frottement ou de tenue en température.

5 Quelles sont les techniques de moulage spécifiques aux alliages de zinc ?
Les alliages de zinc peuvent être mis en oeuvre par n'importe quelle technique de moulage. Les plus courantes sont néanmoins le moulage au sable, le moulage en coquille et le moulage sous pression.

Le moulage au sable: est principalement adapté à la fabrication de pièces unitaires ou de petites séries ou aux pièces de grandes dimensions. Les alliages utilisés dans cette technique sont le KAYEM, le ZL12 et le ZL27.

Le moulage en coquille par gravité: convient bien aux fabrications de petites et moyennes séries. Il conduit à une meilleure précision dimensionnelle que le moulage au sable, ce qui évite ou tout au moins réduit les opérations d'usinage. Le refroidissement plus rapide du métal confère également de meilleures propriétés mécaniques.
Les coquilles sont généralement en fonte ou en acier.
Les alliages ZL8, ZL12 et ZL27 sont les mieux adaptés à cette technique pour laquelle il est possible d'utiliser néanmoins des alliages du type Zamak.

Le moulage sous pression: il est plus généralement utilisé dans les fabrications de moyennes et de grandes séries. Toutefois, il entre de plus en plus dans la fabrication des petites séries où il apporte un avantage économique certain. Il permet d'obtenir à la fois une très grande précision dimensionnelle, d'excellents états de surface, de très faibles épaisseurs et de bonnes caractéristiques mécaniques.
C'est le procédé le plus largement employé pour le moulage des alliages de zinc.

Deux types de machines peuvent être utilisés:
- Les machines à chambre chaude dans lesquelles le dispositif d'injection est immergé en permanence dans le métal liquide, ce qui conduit à une alimentation automatique en métal. Les alliages mis en oeuvre sur ce type de machine sont les Zamak et le ZL8.
- Les machines à chambre froide dans lesquelles le four de fusion est séparé de la machine. Le métal liquide doit être introduit dans la chambre d'injection avant chaque moulage, soit manuellement, soit par un système de transfert automatisé. Ces machines, utilisées pour des alliages qui, à l'état liquide sont agressifs vis-à-vis du fer, ont des cadences de moulage plus lentes que les chambres chaudes. Les alliages du type ZL12 ou ZL27 sont mis en oeuvre sur ces machines.