traitements thermiques dans la masse
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PARTIE I
Traitements thermiques dans la masse
La structure et les propriétés mécaniques (Rr, Re, A%, K) des aciers
peuvent être modifiées par un chauffage suivi par un refroidissement
contrôlée. Ce sont les traitements thermique dans la masse : trempe,
revenu et recuit.
I- Trempe :
1-Principe :
Lorsque la vitesse de refroidissement est suffisamment rapide, les
atomes de carbone n’ont plus le temps de diffuser. L’austénite n’a pas le
temps de perdre son carbone et ne peut se transformer ni en ferrite ni en
perlite. La solution de fer obtenue saturée en carbone, est appelée
martensite ; elle très dure, HB=750, est très fragile. C’est le constituant
de base des aciers trempés.
2-Procédé :
En chauffe la pièce jusqu’à température d’austénitisation suivi d’un
maintien de température afin d’homogénéiser la structure, puis on
refroidi rapidement (eau, huile, air…).La transformation de toute
l’austénite en martensite n’est possible que si la vitesse de
refroidissement est suffisamment rapide .Dans le cas contraire, il y a
formation d’autre constituants plus tendres : bainite, perlite…
3-Propriétés :
Elle augmente Rr, Re et H mais diminue A% et K . Elle amène aussi
l’apparition de tensions internes génératrices de criques et de
déformations.
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4- Types :
Hypertrempe :
Elle se produit chaque fois que la température de tempe est trop
élevée. La conséquence est la persistance après refroidissement, d’une
grande quantité d’austénite résiduelle adoucissant l’acier.
Trempe étagée :
Si une tempe classique, refroidissement en une seule opération, est
trop brutale (risque de déformation et de fissuration des pièces) on
pratique une tempe étagée avec refroidissement en plusieurs étapes. Les
trempes étagées martensitiques et bainitiques sont les plus utilisées.
5-Recommandation pour la conception des pièces trempées :
Eviter les arrête vives, les brusques variations d’épaisseur ou de
sections (à l’origine de contraintes résiduelles, criques, fissures …). Ne
pas perdre de vue que la transformation de l’austénite en martensite
s’accompagne d’un accroissement de volume de 4%.
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II- Revenu :
1-Principe :
Après trempe, la martensite, très dur et très fragile, est pratiquement
inutilisable en l’état. Afin de corriger l’effet de fragilisation, tout en
conservant un bon ensemble de caractéristiques (H, Rr, Re), on pratique
un revenu.
2-Procédé :
Il s’applique aux pièces trempées et consiste en un chauffage à
température inférieure à 700°C , suivi d’un maintien en température pour
homogénéiser la structure, puis d’un refroidissement lent et contrôlé. Le
traitement permet d’amener les caractéristiques mécaniques au niveau
souhaité.
3-Propriétés :
Augmentation de K et A% ; atténuation de contraintes internes.
4- Inconvénients :
Diminution de H, de Re et de Rr .Les résultats dépendent
essentiellement de la température de réchauffage.
5-Principaux revenus :
Un réchauffage jusqu’à 220°C élimine les contraintes internes et est
pratiquement son effet sur la dureté .un accroissement de la température
amènera un adoucissement de plus en plus grand du métal, une dureté
plus basse et une plus grande ductilité .Les températures de dureté les
plus usuelles sont comprises entre 500°C et 675°C.
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III- Recuit :
1-Principe :
Son effet est inverse à celui de la trempe. Le métal est amené au
maximum de ses caractéristiques de ductilité : A%et K maximales, Rr et H
minimales. La structure obtenue, perlite et ferrite, présente une meilleure
usinabilité.
2-Procédé :
Le procède consiste à un chauffage au dessus de la température
d’austénitisation suivi d’un maintien en température pour
homogénéiser la structure, puis d’un refroidissement lent.
3- Différents recuits :
Recuit d’homogénéisation ou de diffusion : il détruit
l’hétérogénéité chimique des aciers bruts de coulée.
Recuit de régénération : il affine et uniformise le grain du métal.
Recuit de détente : il fait disparaître les contraintes internes
après moulage ou soudage.
Recuit de recristallisation : pour les aciers forgés ou écrouis.
Recuit complet : il facilite l’usinage et la déformation à froid en
faisant disparaître les constituants les plus durs Sur le plan industriel
une même opération de recuit peut englober les caractéristiques des
cinq cas précédents.
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Recuit de normalisation : a pour but d’obtenir un état de
référence pour l’acier à grains fins et des propriétés mécaniques aussi
intéressantes que possible pour les applications les plus courantes.
Recuit d’adoucissement ou de sphéroidisation : il est destiné
aux aciers à forte et moyenne teneur en carbone qui présentent à l’état
de recuit de normalisation, une dureté relativement élevée. Cette
dernière rend moins facile leur mise en forme à froid notamment par
usinage.
Recuit isotherme : lorsque la vitesse critique de recuit est très
faible, il n’est pas commode à l’échelle industrielle de réaliser le
traitement de recuit de manière an isotherme. Il est réalisé alors selon
les conditions isothermes de décomposition de l’austénite.
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PARTIE II
Les aciers
I- Définition :
Un acier est un alliage métallique dont l'élément essentiel est le fer,
et dont la teneur en carbone est inférieure à 2%. Il est à noter que la
présence de faibles teneurs en éléments carburigènes peut modifier cette
limite de la teneur en carbone.
Les aciers non alliés et alliés sont les matériaux les plus concernés
par ces traitements thermiques compte tenu des valeurs très larges des
propriétés qu’ils couvrent, ce qui implique leur grande utilisation dans les
domaines industriels. Les traitements thermiques représentent donc une
valeur ajoutée pour ces aciers. Ils se basent essentiellement sur :
- Le chauffage à vitesse contrôlée de l’acier jusqu’à une température
dite de traitement.
- Le maintien contrôlé à cette température.
- Le refroidissement à vitesse contrôlée dans des conditions définies.
Les opérations, qui couvrent le principe de base des traitements
thermiques, restent à spécifier d’avantage pour chaque type de
traitement.
II- Modes d’obtention :
Il existe plusieurs méthodes d’obtention de l’acier, dont le quel on peut
citer les modes suivants.
1-Acier à oxygène :
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Convertisseur :
- Hauteur 11.67m
- Diamètre extérieur 8m
- Poids 280 tonnes
2-Acier électrique :
- Tension 10 à 200V
- Intensité 50000A
III- Principaux types d’acier :
1-Définitions :
Carbone total : quantité totale de carbone contenue dans l’acier,
sous quelque forme qu’il soit. Ces quantités s’expriment presque toujours
sous forme de pourcentage en poids.
Acier d’usage général : les caractéristiques mécaniques et
chimiques ainsi que les conditions de livraison et de contrôle des pièces
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en acier moulé, destinées à l’usage général en construction mécanique,
sont définies par la norme NF A 32-054.
Autres aciers moulés : de nombreuses autres références
d’acier à usage spécifiques sont définies par la norme. Le tableau
suivant indique les références de normes pour quelques familles
d’acier.
Familles d’aciers Normes
Aciers magnétiques NF A 35-052
Aciers pour emploi à basse
température
NF A 35-053
Aciers pour chaudière et
appareils à pression
NF A 35-055
Aciers inoxydables NF A 35-056
Aciers et alliages apparents
moulés réfractaires
NF A 35-057
Aciers austénitiques au
manganèse
NF A 35-071
Variétés allotropiques de l’acier suivant pourcentage de
carbone :
® %C ≤ 0.77% : acier hypoeutèctoide
→ %C ≤ 0.25% : acier doux
→ 0.25% ≤ %C ≤ 0.4% : acier mi-dur
→ 0.4% ≤ %C ≤ 0.6% : acier dur
® %C = 0.77% : acier eutèctoide
® 0.77% ≤ %C ≤ 2.11% : acier hypereutectoide
→ 0.77% ≤ %C ≤ 0.9% : acier extra-dur
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Composition moyenne :
Carbone : 3 à 4%
Silicium : 0.5 à 2.5%
Manganèse : 0.4 à 1%
Phosphore : 0 à 2%
Soufre : <= 0.12%
Modes d'obtention :
a) Fontes de première fusion : c'est la fonte de base qui
est obtenue directement par le traitement du minerai. Le déroulement des
opérations est le suivant :
* Extraction du minerai
* Concassage, broyage
* Enrichissement pour éliminer le plus possible de gangue.
* Agglomération pour en faire des blocs.
* Réduction de ce minerai dans un haut fourneau pour
obtenir de la fonte de première fusion, dont une partie sera affinée pour
mouler des pièces en fonte.
b) Fontes de composition chimique définie : ces
fontes peuvent être élaborées dans plusieurs sortes d'appareils, les
cubilots qui sont les plus utilisés, les fours électriques, fixes ou non, à arcs
ou à induction.
c) Fontes de seconde fusion : elles sont obtenues par
refusion des gueuses de premières fusion, affinage et dosage en fonction
de la nuance voulue. Il faut remarquer que la plupart du temps on rajoute
à ces gueuses des retours de fonderie.
d) Fontes synthétiques : elles sont obtenues par fusion
d'une charge permettant de réaliser une synthèse chimique de tous les
éléments simples qui constituent la fonte. Le fer est alors apporté par des
riblons d'aciers non alliés, les éléments à introduire, par des ferro-alliages
correspondants. Pour le carbone, on ajoute du ferromanganèse carburé,
ou du graphite.
Différents types de fontes :
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Définitions :
Carbone total (Ct): quantité totale de carbone contenue
dans la fonte, sous quelque forme qu'il soit. Ces quantités s'expriment
presque toujours sous forme de pourcentage en poids.
Carbone graphitique (Cgr): pourcentage de carbone pur
cristallisé dans le système hexagonal, on en parle seulement lorsque la
totalité du carbure ne se présente pas sous cette forme dans la fonte.
C'est un constituant très tendre et très friable n'ayant aucune cohésion.
Carbone équivalent (Céq):
Eutectique : se situe à 4.3% de C pour les fontes grises et à
4.25% de C pour les fontes blanches. Dans le cas d'une fonte alliée on se
sert de l'indice de saturation du carbone Sc.
Sc = % Ct / D
D = 4.25 ou 4.3 -(0.31 Si) - (0.25 P) + 0.07 (Mn -2S) - (0.14 Cr)
- (0.11 Ni) - (0.16 Al) - (0.4 Mo)
Si Sc > 1 : Fonte hypoeutectique
Si Sc < 1 : Fonte hypereutectique
Structure des fontes :
On peut dire en première approximation que la structure
d'une fonte est comparable à la structure d'un acier qui possèderait ou
non du graphite et ayant une teneur en carbone variable.
Dans le cas d'une fonte blanche (sans graphite), la solidification et le
refroidissement s'opèrent suivant le diagramme métastable : Fer-
cémentite. Dans le cas d'une fonte à graphite, mis à part celui-ci qui peut
se présenter sous différentes formes, le pourcentage en carbone de la
matrice dépendra de la vitesse de refroidissement. Plusieurs cas se
présentent, si la vitesse de refroidissement est très lente, tout le
refroidissement depuis l'état liquide s'opérera suivant le diagramme fer-
graphite, et on aura une structure finale ferrite graphite. Si on augmente
la vitesse de refroidissement, la solidification commencera suivant le
diagramme fer-graphite et à un moment ou un autre se poursuivra selon
le diagramme fer-cémentite. C'est le cas le plus complexe où l'on pourra
trouver dans la matrice ferrite-perlite ou perlite seule. Il arrive également
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que dans ces deux matrices on note la présence d'une lédéburite soit pure
soit enrichie de phosphore. Si la vitesse de refroidissement devient rapide,
la solidification et le refroidissement suivront les lois du diagramme fer
cémentite. Dans ce cas on aura de la ferrite et de la lédéburite. Plusieurs
facteurs ont une influence sur la vitesse de refroidissement, facteurs liés
au moule, à la grosseur de la pièce, à la température de la fonte au
moment de la coulée, à la température de décochage.
Action des principaux éléments présents dans la fonte :
Carbone : on le trouve sous forme de graphite et combiné au fer.
On a remarqué que l'augmentation du carbone graphitique se fait plus
rapidement que celle du carbone total. C'est pour cette raison que l'on
peut dire que le carbone est un élément graphitisant.
Chrome : c'est un élément très durcissant et carburigène. Il affine la
perlite, améliorant ainsi les caractéristiques mécaniques.
avec 1% de chrome, apparition de carbures.
avec 2% de chrome, la fonte devient blanche
avec 12% de chrome les carbures s'affinent
avec 30% de chrome la structure est une ferritique au
chrome donnant une bonne résistance à la corrosion.
Cuivre : éléments soluble dans le fer jusqu'à 1.5%. C'est un
graphitisant, 1% de cuivre équivaut à 0.3% de silicium. Il stabilise le
graphite et affine la perlite.
Étain : cet élément est intéressant dans les pièces courantes de
fonderie, lorsque l'on veut obtenir une matrice perlitique. Ainsi avec 0.1%
de Sn seulement, on transforme une matrice ferrito-perlitique en une
matrice perlitique.
Manganèse : il est maintenu à une teneur suffisante pour
neutraliser le soufre en formant du sulfure de manganèse (MnS). Cette
teneur minimale est fixée à :
Mn = 1.7 %S + 0.3
Au dessus de cette proportion, il agit comme un faible stabilisant des
carbures. En outre il affine la perlite et de ce fait élève la résistance à la
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traction. Sa teneur dans les fontes grises est généralement de 0.5 à
0.8%.
Molybdène : élément carburigène, il favorise la formation de
structure aciculaire et affine celle -ci Bonne action sur la résistance aux
chocs. On l'associe souvent au nickel et au chrome en addition de 0.3 à
1%. On peut en trouver jusqu'à 10% dans les fontes blanches.
Nickel : soluble dans le fer, il n'est pas carburigène. C'est un
élément graphitisant, trois fois moins énergétique que le silicium. Il affine
la structure et plus on en ajoute, plus il modifie celle-ci qui passe de perlite
en martensite, puis en austénite.
Phosphore : sa teneur varie en pratique de 0.05 à 1.5%. A partir
d'une teneur de 0.1% environ, il forme un eutectique Fe-Fe3C-Fe3P
fondant à 983°C. Cet eutectique phosphoreux ou steadite, crée des
difficultés d'usinage et peut engendrer des porosités. Cependant le
phosphore améliore beaucoup la fluidité et la coulabilité des fontes, tant
que la composition n'est pas hypereutectique. Pour cette raison on
emploie des fontes phosphoreuses de 0.7 à 1.2% de phosphore pour la
fabrication des pièces à parois minces.
Silicium : c'est un graphitisant puissant, il déplace les points de
transformation vers la gauche, ainsi pour 2% de silicium, l'eutectique se
trouve à 3.7% au lieu de 4.3% de carbone, et l'eutectoïde à 0.6% de
carbone au lieu de 0.8% de carbone. Il augmente également la
température eutectique. Ces deux actions combinées font diminuer
l'intervalle de solidification pour une teneur en carbone donné, d'où une
meilleure fluidité. On en trouve généralement de 1% à 3%.
Soufre : c'est un élément nuisible qui diminue la coulabilité. Il
stabilise les carbures et rend la fonte dure, fragile et poreuse. On combat
son effet par une addition de manganèse.
Fontes grises :
Dans ces fontes, la plupart du carbone se trouve sous forme
de lamelles de graphite, formées par la solidification suivant le diagramme
fer-graphite. Ce graphite donne aux fontes une cassure d'aspect gris, d'où
leur nom.
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a) Structure :
Graphite : dans l'espace, les particules de graphite se
présentent comme des feuilles au profil plus ou moins tourmenté. Au
microscope, elles apparaissent alors sous forme de bâtonnets aux
extrémités effilées. Leur longueur peut atteindre le millimètre.
Matrice : comme dans les aciers, la matrice à l'état brut de
coulée est composée de ferrite, perlite, ou d'un mélange des deux. On y
trouve en plus des cristaux d'eutectique phosphoreux lorsque celui-ci
dépasse 0.1% environ. Elle peut également contenir des carbures, lorsque
la vitesse de refroidissement est importante ou lorsqu'elle contient des
éléments carburigènes.
Ferrite : elle est plus dure que celle des aciers en raison de
sa teneur en silicium plus élevée. La tendance à sa formation croît avec la
quantité de carbone équivalent et celles des éléments graphitisants, mais
elle diminue avec la vitesse de refroidissement (sauf s'il y a du graphite de
type D).
Perlite : sa dureté croît avec la finesse de ses lamelles, sa
qualité et sa finesse dépendent de la composition chimique de la fonte et
augmentent avec la vitesse de refroidissement.
b) influence du graphite :
Si les lamelles de graphite n'ont que très peu d'influence
sur la résistance à la compression, par contre il diminue considérablement
la résistance à la traction de la matrice.D'une part car il diminue la section
efficace, d'autre part car les lamelles du fait de leur forme créent un effet
d'entaille. De ce fait lorsqu'un acier et une fonte présentent une dureté
identique, la résistance à la traction de la fonte est beaucoup plus faible
que celle de l'acier.
Exemple :
* XC 38 recuit HB = 180 Rm = 600 N/mm2
* Fonte grise HB = 200 Rm = 200 N/mm2
c) influence de la structure de la matrice :
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L'influence des différents constituants est identique à celle
qu'ils auraient dans un acier, mis à part la dureté de la ferrite qui est plus
importante que dans le cas d'un acier (effet durcissant du silicium).
d) influence de l'épaisseur :
Les caractéristiques mécaniques dépendent beaucoup de
l'épaisseur des pièces, car celle-ci fait varier la vitesse de refroidissement
qui elle même a une grande influence sur la grosseur et la répartition du
graphite ainsi que lorsque l'épaisseur des pièces diminue, la résistance et
la fragilité augmentent, d'où la composition chimique de la fonte devra
être adaptée aux épaisseur des pièces pour obtenir les caractéristiques
mécaniques voulues.
Fontes à graphite sphéroïdal :
Ces fontes sont caractérisées par un graphite de
solidification sphéroïdal ( de forme VI) réparti de manière uniforme dans la
matrice ferritique, ferrito-perlitique, perlitique ( à l'état brut de coulée).
Leurs différentes propriétés et caractéristiques mécaniques sont définies
par la norme NF A32-201.
a) Elaboration :
La fonte de base destinée à la transformation en GS peut
être élaborée dans l'un des quelconques fours généralement utilisés en
fonderie. Elle peut avoir une composition chimique variable, mais une très
faible teneur en soufre, généralement inférieure à 0.02%.
%C %Si %Mn %S %P
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2.7 à 2.8 1 à 1.7 0.3 à 0.65 0.06 à 0.20.08 à
0.15
%C %Si %Mn %P %S
3.2 à 4.0 1.8 à 2.8 0.18 à 0.8 <=0.06 <= 0.02
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Fontes blanches :
Leur solidification se fait suivant le diagramme fer-
cémentite. De ce fait, leur structure est formée d'un réseau important de
carbures et d'une matrice perlitique. Leur cassure présente un aspect
métallique blanc brillant. Ces fontes ont une bonne coulabilité, légèrement
inférieures aux fontes grises.
Il ne faut pas confondre fonte blanche avec les fontes
trempées, il ne s'agit pas là d'une fonte martensitique. Une fonte de
composition comparable à celle d'une fonte grise, coulée contre un
refroidisseur peut se transformer en fonte blanche sur une certaine
épaisseur. Cela permet d'allier de bonnes caractéristiques de résistance à
l'usure avec une meilleure capacité de résistance aux chocs. Dans la zone
de transition entre la fonte blanche et la fonte grise, existe une structure
intermédiaire (fonte blanche dans laquelle sont insérées des lamelles de
graphite) dite fonte truitée.
Par rapport aux aciers, les fontes blanches présentent une
dureté élevée, d'où une grande résistance à l'usure par frottement et par
abrasion, par contre cette dureté les rend fragiles et pratiquement
inusinables par les moyens courants.
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Diagramme de transformations en refroidissement continu :
Un diagramme de transformations en refroidissement continu,
ou diagramme TRC, est un diagramme utilisé pour prévoir la structure
cristallographique d'un solide soumis à des transformations
thermomécaniques.Ces diagrammes sont généralement tracés par étude
dilatométrique. On homogénéise les échantillons dans la phase de haute
température. On refroidit ensuite ceux ci à différentes vitesses contrôlées.
La dilatation des échantillons est mesurée.
Les points d'inflexion des courbes dilatométriques déterminent le
début et la fin des transformations de phases. L'examen micrographique
des échantillons permettra de le déterminer la nature des phases en
présence.
Diagramme temps-température-transformation :
Le diagramme temps-température-transformation, ou diagramme
TTT, est utilisé pour étudier les transitions de phases ou d'état.
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Ce type de diagramme s'obtient par des expériences de trempe suivi
d'un maintien à une température donnée. On mesure alors le taux de
transformation.
Il existe une compétition entre l'énergie motrice de transformation et
de diffusion :
À une température donnée il faut un certain temps pour débuter la
transformation de phase. Ce temps augment lorsqu'on s'approche de la
température de transformation à l'équilibre (diagramme de phase). En
effet, une différence de température est nécessaire pour débuter la
transformation : c'est l'énergie motrice de transformation .
Au contraire lorsqu'on diminue la température vers l'ambiante, la
diffusion dans le solide devient plus lente. Cette diffusion est nécessaire à
la transformation de phase. Le début de la transformation apparaît donc
également après un temps plus long.
Si on refroidit le matériau très rapidement (trempe) jusqu'à une
température suffisamment basse, il n'y a pas de diffusion possible, la
transformation est dite displacive (exemple : Transformation
martensitique).
Ces diagrammes sont dans la réalité très délicats à obtenir car ils
nécessiteraient un maintien homogène et très précis de la température de
l'éprouvette d'essai. Dans l'industrie, les diagrammes TRC sont donc
préférés car ils correspondent à des courbes à refroidissement constant.
Ils sont donc plus proches des conditions de refroidissement industrielles.
Perlite :
La perlite est un constituant biphasé de l'acier. C'est un agrégat
formé de 89 % de ferrite et 11 % de cémentite. Sa structure est
généralement formée de lamelles alternées de cémentite et de ferrite. La
germination se fait au joints de grain de la phase mère austénitique.
Cémentite :
La cémentite (ou carbure de fer) est un composé chimique dont la
formule est Fe3C dont la structure est orthorhombique. Elle contient
6,67% de C. C'est un composé très dur (dureté Vickers HV=700 à 800)
mais très fragile A=0%, Rm=700N/mm².
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Elle forme avec la ferrite un constituant appelé perlite.
Ferrite :
Le ferrite est une sorte de céramique obtenue par moulage à forte
pression et à haute température (plus de 1000°C) à partir d'oxyde de fer
Fe2O3 et d'oxyde ou carbonate de nickel, de manganèse, de zinc... C'est un
matériau très dur, difficile à usiner et assez fragile, de couleur grise à
noire. Les caractéristiques magnétiques (perméabilité, gamme de
fréquence...) d'un noyau en ferrite varient beaucoup en fonction non
seulement de ses composants mais aussi du processus de fabrication. Le
point de Curie de ces matériaux est généralement compris entre 125 et
350°C.
Etudes expérimentales (fonte grise):
Trempe :
Dureté HRC :
Essai 1 Essai 2 Essai 3 moyenne
Trempe à
l’huile
9 12 12 11
Trempe à air 11 9 10.5 10.16
Trempe à
eau
51 44 53 49.33
Recuit :
Dureté HRC :
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Essai 1 Essai 2 Essai 3 moyenne
Recuit à
350°C
37 38 38 37.66
Recuit à
450°C
18 19 22 19.66
Recuit à
550°C
14 16 17 15.66
Recuit à
650°C
6 5 5 5.33
Micrographie :
Trempe à l’eau : structure austénite + martensite.
Trempe à l’huile : structure ferrite en nodules + perlite.
Trempe à l’air : structure ferrito-perlitique.
Recuit (refroidi au four) : structure ferrito-perlitique.
PARTIEIII
Etude expérimentale d’échantillon d’acier
-Nuance 35NCD16-
I- Explication de la désignation :
35NCD16 : acier faiblement allié (c'est-à-dire teneur de chaque
élément est <5% et teneur en manganèse >=1%) à 0 ,35% de carbone,
0,64%de Nickel et quelques traces de chrome et de molybdène.
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Acier pour traitement thermique : Pour la nuance 35 NCD16,
selon norme NF A35-501, ou 36NiCrMo16, selon norme EN 10027, on
détermine les caractéristiques suivantes :
- Dureté de brinell maximale pour le produit délivré de l’état adouci.
- Diamètre
- Caractéristiques mécaniques :
La limite supérieure d’écoulement, ou la limite conventionnelle
d’élasticité à 0.2%
La résistance à la traction.
L’allongement en pourcentage de la rupture.
La striction
La résilience des éprouvettes longitudinales entaille ISO en V
- Propriétés : très forte trempabilité pour pièces de grosses sections ; et
grosse trempabilité à l’air même sur grosses pièces.
II- Préparation des échantillons :
On prépare sept échantillons d’acier 35NCD16 de diamètre égale à
16mm et de longueurs plus ou moins différents.
1-Température de chauffage :
On chauffe le four jusqu’à une température de Ө=900 °C puis on met
les sept échantillons dans ce four jusqu’à l’écoulement de 20 mn.
2-Trempe :
On fait la trempe de six échantillons réparties de la manière
suivante :
-quatre trempes dans l’eau
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-une trempe à l’huile
-une trempe à l’air
3-Recuit :
Le septième échantillon on le laisse plus que 16 heures dans le four à
étain, puis on le reprend.
4-Revenu :
On prend les quatre échantillons trempés dans l’eau durant 30mn et
on fait le revenu comme suit :
-1ère échantillon : revenu à 300°C
-2ème échantillon : revenu à 400°C
-3ème échantillon : revenu à 500°C
-4ème échantillon : revenu à 600°C
5-Polissage :
L’opération de polissage se fait à l’aide d’une machine dont on
appelle « polisseuse » ; et en utilisant différent types de papiers abrasifs
comme l’indique le schéma suivant :
Utilité de polissage : l’opération de polissage nous permet d’éliminer
les défauts de surface et plutôt d’améliorer la rugosité.
6-Attaque chimique :
TP- Matériaux_______________________________________________ENIT-2005/0622
D. Issa ______________________________________________ _D. Lotfi
Attaque chimique : →95 CH3_CH2OH
Nital 5%
→5ml HNO3C
Utilité de l’attaque chimique : après la rectification de la surface à
étudier à l’aide du papier abrasif1200, puis le traitement surfacique par
l’alumine, la surface devient miroir. Microscopiquement on ne voit qu’une
surface blanche. A ce moment, on fait l’opération de l’attaque chimique à
l’aide du Nital.
III- Etude dela dureté :
1-Définition :
La dureté est la résistance que présente un solide à sa pénétration par un autre solide.Essai de dureté :L’essai consiste à appliquer une charge P à un pénétrateur en contact avec la pièce. L’empreinte est plus ou moins profonde en fonction de la dureté du matériau.Il existe une relation approximative entre la résistance à la rupture et la
dureté Brinell qui est valable uniquement pour les aciers.
Pour l’acier 35NCD16, on fait la dureté Rockwell (HRC) :
•estompe cone diamant 120°
•force F=150 Kg
•lecture directe de la donnée HRC sur l’échelle noire.
2-Echantillons trempées :
ESSA
I 1
ESSA
I 2
ESSA
I 3
ESSA
I 4
moye
nne
Tremp
e à eau
58 56 58 57 57 .2
5
Tremp 49 50 51 48 49.5
TP- Matériaux_______________________________________________ENIT-2005/0623
D. Issa ______________________________________________ _D. Lotfi
e à
huile
Tremp
e à air
39 37 39 39 38.5
3-Recuit :
ESSA
I 1
ESSA
I 2
ESSA
I 3
ESSA
I 4
moyenn
e
recui
t
10 11 12 11 11
4-Revenu :
ESSAI
1
ESSAI
2
ESSAI
3
ESSAI
4
moyenne
Reven
u à
300°C
50 48 48 49 48 ,75
Reven
u à
400°C
39 40 40 40 39 ,75
Reven
u à
500°C
36 35 35 34 35
Reven
u à
600°C
24 20 22 21 21,75
III- Aspects micrographiques :
1-35NCD16 trempé à l’eau :
→ Morphologie : structure Martensitique
TP- Matériaux_______________________________________________ENIT-2005/0624
D. Issa ______________________________________________ _D. Lotfi
2-35NCD16 trempé à l’huile :
→ Morphologie : Martensite+Bainite :
3-35NCD16 trempé à l’air :
→ Morphologie : Bainite +Perlite
4-35NCD16 recuit (refroidi au four) :
→ Morphologie : Perlite +Ferrite :
IV- Conclusion :
Au bout de trois séances de T.P de matériaux concernant le
traitement thermique dans la masse suivi d’un traitement surfacique au
niveau de l’étude morphologique de l’acier 35NCD16, on a trouvé à des
résultats proches de celle estimé théoriquement. A ce moment, le
traitement thermique dans la masse améliore bien les caractéristiques de
l’acier qui met en besoin de la
TP- Matériaux_______________________________________________ENIT-2005/0625
D. Issa ______________________________________________ _D. Lotfi
TP- Matériaux_______________________________________________ENIT-2005/0626