La solidification directionnelle est un terme de coulée de métal. Il fait référence au processus d’alimentation contrôlée du métal en fusion dans un moule à température contrôlée pour produire une pièce exempte de points creux, appelés défauts de retrait. La solidification directionnelle est également utilisée pour affiner le métal pendant le processus de coulée, car les impuretés trouvées dans le métal en fusion continueront à monter à la surface de la piscine, suivant le chemin de moindre résistance car elles sont poussées par les matériaux solides ci-dessous.
Dans le processus de solidification directionnelle, le métal fondu à l’extrémité du moule commence à refroidir et à se solidifier avant le reste du moule. Au fur et à mesure que le métal au fond du moule se refroidit, cette ligne de solidification se déplace régulièrement vers le haut en direction de l’alimentation en métal en fusion. En contrôlant le débit de l’alimentation en métal en fusion et en introduisant des variations thermiques dans le moule, les défauts de rétraction peuvent être éliminés, car le métal liquide coulera naturellement dans ces creux et zones vacantes.
Le processus de solidification directionnelle ne doit pas être confondu avec la solidification progressive, également appelée solidification parallèle. Bien que ces processus partagent certains traits similaires, lors de la solidification progressive, le processus de refroidissement et de solidification commence au niveau des parois de la coulée et se dirige vers l’intérieur. Avec la solidification directionnelle, le processus de solidification commence au bas de la coulée et se dirige vers le haut.
La solidification parallèle dans un moulage est la cause sous-jacente des défauts. Comme le métal en fusion refroidit trop rapidement dans certaines zones ou reste chauffé trop longtemps dans d’autres zones, il crée des défauts résultant de la solidification, de la dilatation thermique et de la contraction. Par exemple, si du métal en fusion est versé dans un moule en forme de L, le métal au coin du moule peut refroidir trop rapidement, provoquant un goulot d’étranglement et emprisonnant une poche d’air dans la partie inférieure du moule. Cette poche d’air crée un creux dans la pièce métallique finie, affaiblissant ainsi la structure globale.
Pour contrôler la solidification parallèle et encourager la solidification directionnelle dans le processus de coulée, plusieurs techniques sont utilisées. Des variations thermiques sont introduites dans le moule en utilisant des colonnes montantes ou des refroidissements pour contrôler les points chauds ou froids qui pourraient créer des problèmes avec la pièce coulée. Des manchons isolés sont également utilisés pour assurer une température constante et contrôlée pour le moule. Enfin, le débit et la température de la charge de métal en fusion sont soigneusement contrôlés pour assurer une solidification directionnelle.