La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

METALLURGIEDESCRIPTIVE ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

Présentations similaires


Présentation au sujet: "METALLURGIEDESCRIPTIVE ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -"— Transcription de la présentation:

1 METALLURGIEDESCRIPTIVE ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

2 Composites Céramiques Polymères Métalliques Alliages ferreux FontesAciers Alliages non-ferreux Alliages dAluminium Alliages de Cuivre Alliages de titane Les différentes familles de matériaux Les alliages ferreux représentent encore une très grande proportion dans lutilisation des alliages métalliques (50% des métaux dans une automobile). ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

3 Chapitre I - Les aciers

4 Sommaire Introduction et définitions Les différentes familles daciers Les traitements thermiques des aciers dans la masse Les traitements de surface des aciers Influence des éléments daddition Les aciers à outils Les aciers inoxydables ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

5 Introduction et définitions ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

6 Diagramme Fer-Carbone Trois types dalliages : le fer pur les aciers et les fontes. faibles propriétés mécaniques usage industriel ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

7 Diagramme Fer-Carbone : généralités Les principales phases de ce système sont : la ferrite α et Ferrite la cémentite Fe 3 C Cémentite Fe 3 C Austénite lausténite γ,

8 Diagramme Fer-Carbone : variétés allotropiques du fer Les différentes variétés allotropiques du fer - La ferrite (fer ) : de 1401 à 1528°C o structure CC (a = 293 pm) o forme peu importante au niveau industriel - La ferrite (fer ) : jusquà T=906°C o forme stable du fer o structure cristalline cubique centrée (CC, a = 290 pm) o solubilité du C est alors très faible (< 0,02 %) Ferrite (x90) - Lausténite (fer ) : de 906 à 1401°C o structure cubique à faces centrées (CFC, a = 360 pm) o solubilité du C peut alors atteindre ~ 2 % en masse o nouvelle phase est de forme plus compacte et plus déformable Austénite (x325) ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

9 Diagramme Fer-Carbone : aciers Définition : Les aciers sont des alliages dont la teneur en carbone reste inférieure à 2% (en masse). En pratique, on ne trouve quexceptionnellement des aciers à plus de 1,2% C Aciers % en masse de C < 2% ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

10 Diagramme Fer-Carbone : constituants des aciers Constituants des aciers recuits La ferrite α à T ambiante cest du fer presque pur, dont les propriétés sont : Faible limite d'élasticité (Re = 150 MPa) Faible résistance mécanique (Rm = 280 MPa environ et dureté HV = 80) Grande ductilité (A = 35 %) Densité ρ = 7,86 g.cm -3 La cémentite Fe 3 C ( 6,67 % C) est un carbure de fer à ductilité quasi nulle (comportement fragile), les propriétés sont : Limite délasticité supérieure à MPa (dureté voisine de HV = 700) Densité ρ = 7,82 g.cm -3 La perlite est un mélange biphasé de ferrite (88,3 % m) et de cémentite (11,7 % m) Microstructure sous forme de lamelles fines alternées (perlite lamellaire) Propriétés mécaniques intéressantes : - ductilité issue de la ferrite et - limite délasticité issue de la cémentite Résistance mécanique (Rm (MPa) = λ –1/2, avec λ distance interlamellaire en nm) Ductilité (A = 10 %) Plus stable à la corrosion ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

11 Diagramme Fer-Carbone : fontes Fontes (2% < %m C < 6,67%) Définitions : Les fontes sont des alliages dont la teneur en carbone est supérieure à 2% en masse Les fontes subissent toujours la transformation eutectique (vers 1130°C) Fontes blanches : Le carbone se retrouve toujours sous forme de cémentite Fontes grises : Le carbone se retrouve sous forme de graphite libre (carbone pur) et de cémentite ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

12 Diagramme Fer-Carbone : aciers Alliage particulier : Il correspond au point eutectoïde du diagramme Fe-C (- autres éléments). teneur en carbone ~ 0,8% (teneur variable selon la présence dautres éléments dalliages). Alliage eutectoïde. Aciers % en masse de C < 0,2% point eutectoïde ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

13 Diagramme Fer-Carbone : aciers Aciers point eutectoïde Aciers hypo-eutectoïdes : Les aciers subissant au cours de leur refroidissement la réaction eutectoïde (% C > 0,02%) et dont la teneur en carbone est inférieure à 0,8% Hypo-eutectoïde Aciers hyper-eutectoïdes : Les aciers dont la teneur en carbone est supérieure à 0,8% Hyper-eutectoïde ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

14 Diagramme Fer-Carbone : acier Constitution et répartition des constituants Lacier eutectoïde (0,8% en masse de C) o Hautes températures, lalliage ne contient que la phase dausténite o Lors du refroidissement, aucun changement avant datteindre la T eutectoïde (~ 727°C) o En dessous de cette T la totalité de lausténite est précipitée en perlite Lacier hyper-eutectoïde (0,8 à 2% en masse de C) o Idem à haute T o Au refroidissement, formation dune seconde phase (cémentite) o En dessous de T eutectoïde, lausténite restante se transforme en perlite o Ces aciers sont peu utilisés industriellement (très fragiles) Lacier hypo-eutectoïde ( à 0,8% en masse de C) o Hautes T : lalliage ne contient que la phase dausténite o En refroidissant 2 phases coexistent : lausténite et la ferrite o En dessous de T eutectoïde, la totalité de la phase dausténite se transforme en perlite alors que la phase de ferrite ne subit que peu de modification o Ces aciers sont les plus utilisés industriellement ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

15 Les Différentes familles dacier ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

16 Aciers à outils alliés Aciers maraging ou (martensite-aging) Aciers inoxydables Aciers réfractaires Aciers au manganèse Aciers ordinaires Aciers au carbone non alliés Les aciers : les différentes familles Les différentes familles : Les aciers dusage général Les aciers faiblement alliés Les aciers alliés ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

17 Les aciers dusage général : aciers ordinaires Composition : Teneur maximale de 0,25 % en masse de C Présence de différents éléments dadditions (faible quantité) Propriétés : Bonne soudabilité Insensibles aux traitements thermiques Amélioration des propriétés par écrouissage Limites délasticité intéressantes Utilisation : Aciers de construction dusage général Aciers de décolletage à bas carbone... Désignation : EN S 235 Écriture selon la norme NF EN Lettre identifiant lemploi de lacier Limite délasticité (MPa) Exemple : EN S235 : acier de construction Re = 235 MPa EN E335 : acier de construction mécanique Re = 335 MPa ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

18 Les aciers dusage général : aciers au carbone non alliés Aciers pour cémentation : (< 0,2 % C) traitements superficiels denrichissement en carbone, doù une couche trempable et durcissante Écriture selon la norme NF EN Lettre identifiant lemploi de la désignation à partir des compositions chimiques Teneur en carbone (30 0,3% en masse de C) Désignation : EN C 30 Exemple : EN C25E (ancien XC25) : acier non allié ayant 0,25% de C avec une indication supplémentaire définie dans le fascicule FDR (info traitement thermique) Aciers à très haute résistance à très bas carbone valeurs élevées de Re et de Rm, une bonne ductilité (A > 13 %) et une résilience élevée Aciers pour traitements thermiques de trempe et de revenu pour des teneurs en carbone moyennes de 0,25 à 0,6 % Aciers à teneurs élevées en carbone ils sont réservés pour des usages exigeant des hautes résistances, grande dureté, tenue à lusure Aciers microalliés à haute limite d'élasticité teneurs moyennes en carbone, faibles additions (moins de 0,1 %) et des traitements très contrôlés ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

19 Les aciers faiblement alliés Dans cette famille, la règle est quaucun élément natteigne 5 % Écriture selon la norme NF EN Désignation : EN 36 CrNiMo 16 Exemple : EN 36CrNiMo16 : acier allié à 0,36% en masse de C, 4% de chrome et contenant du nickel et du molybdène. Teneur en carbone (36 0,36% en masse de C) Lapport des éléments dalliage va permettre daugmenter la résistance mécanique et daugmenter la profondeur de trempe Selon le choix des éléments dalliage, on favorise : - La limite délasticité (Si pour les ressorts) - La résistance à lusure (Mn et Si) - La résistance aux chocs (Ni-Cr, Ni-Cr-Mo) Relativement accessibles par leur prix Matériaux de choix pour la construction mécanique Symbole chimique dans lordre croissant des teneurs Valeurs de ces teneurs affectées dun chiffre multiplicateur fonction de lélément ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

20 Les aciers faiblement alliés Influence des éléments dadditions sur les propriétés ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

21 Les aciers alliés Les teneurs en éléments dalliage peuvent dépasser 5 % Désignation : EN 2 Ni18Co8Mo5TiAl Teneur en carbone (2 0,02% en masse de C) ElémentsMultiplicateur Cr, Co, Mn, Ni, Si,W Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr N, P, S B Exemple : EN 2 Ni18Co8Mo5TiAl : acier allié à 0,02% en masse de C, 4,5% en masse de Nickel, 2% en masse de Cobalt, 0,5% en masse de Molybdène et contenant du titane et de laluminium. Les performances et les prix sont plus élevés On distingue les groupes suivants : Aciers à outils alliés Aciers maraging ou (martensite-aging) Aciers inoxydables Aciers réfractaires Aciers au manganèse Symbole chimique suivi de de sa teneur affectée dun chiffre multiplicateur fonction de lélément Écriture selon la norme NF EN ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

22 Les aciers alliés : aciers à outils alliés Les aciers à outils alliés : Pour le travail à froid Pour le travail à chaud Les aciers rapides (pour usinage, formage, filage à froid) : - Dureté à lambiante supérieure à 60 HRc - Maintien dune dureté et dune ténacité élevées à chaud addition importante déléments carburigènes (W, Mo, V) associés au chrome (qui améliore la trempabilité) et au cobalt - Élaboration et traitements thermomécaniques complexes - Résistance au frottement, à lusure, et à la fatigue est améliorée par des traitements superficiels ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

23 Les aciers alliés : aciers maraging Les aciers maraging Ils profitent du fort hystérésis de la transformation austénite-ferrite des alliages fer-nickel Composition : - ~ 18% de Ni - Quelques % de Co et de Mo - Très peu de C (0,02%) - Un peu de Ti et Al Après traitement thermique: - Limite d'élasticité et ductilité moyennes - Usinage facile - du durcissement par un traitement de revenu (durcit la martensite par précipitation de composés intermétalliques de type Ni 3 Mo, Ni 3 Ti ou NiAl ) - Ténacité reste bonne Un soin tout particulier est porté au traitement de revenu afin dobtenir un durcissement structural maximal ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

24 Les aciers alliés : aciers inoxydables Les aciers inoxydables résistance à la corrosion aux températures basses et moyennes dans les milieux plus ou moins agressifs. Ils représentent une production annuelle denviron 1,2 millions de tonnes en France, soit un doublement en 15 ans. Lélément dalliage pilote est le chrome, dont la teneur doit toujours être > à 12 % formation dun film de passivation en surface Les aciers inoxydables se classent en divers sous-groupes selon la microstructure : - Inox ferritiques - Inox martensitiques - Inox austénitiques - Inox austénoferritique ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

25 Les aciers alliés : aciers inoxydables Les aciers inoxydables se classent en divers sous-groupes selon la microstructure : Inox ferritiques : - Avec très peu de carbone - Un peu de Mn (éviter la formation de martensite par trempe) - Structure cubique centrée faible durcissement par écrouissage Inox martensitiques : - Trempabilité excellente à lair - Excellente résistance au revenu jusquà 350°C - T > 350°C : durcissement secondaire (dû au chrome) perte de ténacité et de ductilité jusquà 550°C - T > 550°C : température de début du survieillissement Inox austénitiques : - Traitement de trempe sévère austénite métastable à T ambiante - Ecrouissable Inox austénoferritique : - Moins de fragilité que les ferritiques - Limite d'élasticité plus élevée que les austénitiques - Susceptibles de durcissement structural ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

26 Les aciers alliés : aciers réfractaires et aciers au manganèse Les aciers réfractaires - Aciers inoxydables résistant à loxydation à chaud (T 800 à 1000°C) - Résistance au fluage acceptable à ces température - Élément daddition principal est le chrome Les aciers au manganèse Le prototype est lacier Hadfield, avec 12 % Mn, 1 % C et 0,5 % Si - Structure austénitique métastable - Durcissement superficiel exceptionnel par choc (transformation de lausténite en martensite comme pour les aciers inox austénitiques) - Ténacité remarquable - Difficulté dusinage est contournée par des procédés de moulage, pour obtenir des pièces résistant à lusure ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

27 Les Traitements thermiques ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

28 Les traitements thermiques des aciers Objectif : améliorer les performances des aciers Trois types de traitements thermiques : Moyen : traitements thermiques intéressant si les paramètres des traitements sont parfaitement maîtriser Idée : les propriétés des aciers sont liées à leurs microstructures. Les traitements thermiques est de faire évoluer la microstructure en fonction des besoins dutilisation de lacier. Traitements dans la masse : - trempes - revenus Traitements de surface = trempes superficielles Recuits (adoucissement et régénération) ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

29 Les traitements thermiques des aciers dans la masse Austénitisation Lausténitisation a pour objet de mettre en solution le carbone et, éventuellement, les éléments dalliage précipités sous forme de carbures. Pour ce faire, il est nécessaire de se placer dans les conditions où le carbone est soluble dans le fer cest-à-dire de provoquer, par chauffage, la transformation du fer en fer Lausténitisation comporte deux étapes : - Un chauffage jusquà la température dite température dausténitisation ; - Un maintien à cette température La T dausténitisation est supérieure denviron 50°C à T limite dausténisation homogène Chauffage lent en particulier pour les grosses pièces Limiter le gradient thermique entre la peau et le cœur Limiter les contraintes ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

30 Les traitements thermiques des aciers dans la masse Trempe Les transformations se font hors équilibre diagramme déquilibre non respecté ici Objectif : empêcher la précipitation du carbone au cours du retour depuis la température dausténitisation jusquà la T ambiante, et cela dans la plus grande partie possible de la section de la pièce. Pour un acier donné, les deux facteurs qui vont conditionner le résultat de la trempe sont : - La trempabilité de lacier dans les conditions dausténitisation adoptées - Les conditions de refroidissement de lausténite Pour obtenir la transformation : Austénite Martensite vitesse de refroidissement rapide Vitesse pas assez rapide : Austénite Perlite ou Bainite ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

31 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Trempabilité Définition La trempabilité de lacier caractérise les possibilités de réalisation de la structure martensitique, sans précipitation de carbone, par rapport aux conditions technologiques dans lesquelles peut être réalisée la trempe La trempabilité est caractérisée à laide des diagrammes de transformation en refroidissement continu (diagramme TRC) et indirectement, à laide des courbes Dureté (HV) = f (conditions de refroidissement) et, plus pratiquement, à laide des courbes Jominy Plus la trempabilité dun acier est grande : Plus est grande la section des pièces dans lesquelles, pour des conditions de refroidissement données, on peut provoquer la transformation martensitique à cœur Moins il est nécessaire de refroidir rapidement une pièce de dimensions données pour engendrer la transformation martensitique à cœur ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

32 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Essai de Jominy : essai normalisé permettant la mesure de la trempabilité Méthode fixe tous les paramètres qui influent sur la profondeur de la trempe (conditions de refroidissement, taille et géométrie de léchantillon) Après une austénitisation dont la durée et la température sont prédéfinies, léchantillon est sorti du four et monté rapidement sur le support de lappareil. Lextrémité inférieure de léchantillon est alors refroidit par un jet deau où la température et le débit sont précisément déterminés. 100 mm 25,4 mm Échantillon normalisé : forme cylindrique de 25,4 mm de diamètre et 100 mm de longueur

33 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Essai de Jominy : Une fois léchantillon à température ambiante, on meule un plat de 0,4 mm de profondeur afin de réaliser des mesures de duretés La dureté est mesurée par un indenteur Rockwell sur les premiers 50,8 mm de léchantillon avec un pas de 1,6 mm sur une distance de 12,8 puis un pas de 3,2 mm sur 38 mm restant Courbe de trempabilité ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

34 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Conditions de refroidissement lors de la trempe la trempe par immersion de la pièce dans un milieu qui extrait la chaleur contenue dans celle-ci, ce milieu peut être : gazeux : air, gaz (N2, Ar, H2, He, etc.) liquide : eau, huiles et bains de sels fondus (leau et les huiles peuvent contenir des additifs qui modifient leur pouvoir refroidissant) mixte : brouillard (gaz + liquide atomisé), lit fluidisé (gaz + solide pulvérulent) Le refroidissement en chaque point dun volume dacier dépend : des propriétés thermiques du métal de la géométrie de la pièce (forme, dimensions, etc.) de la position du point considéré dans la section de la pièce des propriétés thermiques du milieu de trempe et de certaines de ses propriétés physiques (viscosité notamment) de la température du milieu de trempe des conditions dans lesquelles se déroule léchange thermique entre pièce et milieu de trempe (volume et agitation du milieu de trempe, état de surface de la pièce, etc.) le praticien va devoir tenir compte dun très grand nombre de paramètres ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

35 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Trempe à leau Milieu de refroidissement le moins cher et refroidissement le plus énergiques Donc, lexécution dune bonne trempe à leau exige le contrôle permanent : - De la température de leau - De lagitation des pièces - De la circulation de leau et de son renouvellement éventuel Vitesse de refroidissement nest pas constante, v maximale lorsque T de surface ~ 300°C responsable de la formation de tapures En fonction de la géométrie de la pièce, des bulles de vapeur à la surface ralentissent local du refroidissement du métal naissance de points doux Bonne circulation de leau / précautions de mise en place Modification volontairement du pouvoir refroidissant de leau en incorporant divers produits : - sa sévérité de trempe en mettant en solution des sels - sa sévérité de trempe en lui ajoutant des polymères organiques ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

36 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Trempe à lhuile Une grande variété dhuiles de trempe existe, on les distingue par : - Lhuile de base (minérale ou synthétique) - Les additifs contenus Éviter la présence deau dans un bain dhuile : eau qui v de refroidissement à haute T mais v à basse T apparition de tapures Vitesse de refroidissement nest pas constante, v maxi. lorsque T de surface ~ °C viscosité de lhuile diminue quand sa T du pouvoir refroidissant contrôle permanent de la T du bain Utilisation de la trempe à lhuile la mise en œuvre de moyens de prévention et de lutte contre les incendies Après trempe à lhuile, nécessité de dégraisser les pièces ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

37 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Trempe au gaz Les conditions de refroidissement dépendent ici : - De la nature du gaz (et essentiellement de sa capacité thermique) - De la température du gaz - De la pression du gaz - De la vitesse relative du gaz par rapport à la surface de la pièce Connaît un grand développement dans le cadre de lutilisation des fours à vide. Il permet, avec lutilisation de gaz performant (azote, hélium, hydrogène) sous pression et le recours à une circulation intense, despérer la réalisation de conditions de refroidissement similaire à celles obtenues avec la trempe à lhuile avec lavantage dune circulation plus maîtrisable du fluide de trempe Lorsque le gaz utilisé doit être recyclé de prévoir un moyen de refroidissement (échangeur) qui permette den extraire la chaleur avant de le renvoyer au contact de la pièce Lutilisation dun gaz neutre évite toute altération chimique de la surface de la pièce. ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

38 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Trempe au brouillard Réalisée en projetant à la surface de la pièce un fort courant dair dans lequel de fines gouttelettes deau sont mises en suspension Le pouvoir refroidissant dun tel brouillard peut être de 4 à 5 fois plus que celui de lair utilisé v de refroidissement obtenues sont grandes lorsque la T de la surface de la pièce est peu élevée Le refroidissement est dû à fois au pouvoir refroidissant de lair en circulation et à la vaporisation des gouttelettes deau lorsquelles entrent en contact avec la surface de la pièce Trempe en bain fluidisé Un bain fluidisé pour la trempe est constitué par de fines particules (généralement dalumine) en suspension dans un courant gazeux Trempe en bain de sels fondus Après trempe, les pièces doivent subir un lavage intense et être protégées contre la rouille ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

39 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : trempe Déformations et contraintes résiduelles après trempe Au cours de la trempe dun acier, des changements de volume se produisent dus : - au retrait : contraction proportionnelle liée au coefficient de dilatation du métal - aux transformations allotropiques : gonflement dépendant des conditions dans lesquelles se déroule la transformation Pendant la trempe, la température nest pas uniforme dans toute la pièce, doù : - la dilatation de lacier nest pas la même en tous points - la transformation se produit à des instants différents dans la pièce considéré dilatation anormale ne se manifeste donc pas au même moment en tous points Cette absence de synchronisme des changements de volume va engendrer : - des déformations plastiques (à haute température) - des déformations d'élasticités et donc de contraintes (T<500°C) apparition de fissure (tapure de trempe) les contraintes résiduelles ne sont pas toujours nocives et que le mécanicien peut avoir intérêt à les prendre en compte lorsquelles sont favorables à la tenue dune pièce ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

40 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : revenu Le revenu Objectif : Appliqué aux aciers au carbone alliés ou non alliés, après une trempe, le revenu a pour objet de provoquer une précipitation du carbone sous une forme et dans des conditions contrôlées afin de parvenir au durcissement optimal. Cette opération engendre une évolution structurale depuis létat métastable obtenu après trempe vers un état plus proche de léquilibre physico-chimique Les paramètres qui définissent les conditions dexécution dun revenu sont : - la température de revenu (T maximale à laquelle est porté lacier) - la durée du maintien de T maximale - la loi de refroidissement à laquelle la pièce est soumise à la fin du revenu Différents type de revenu (après trempe) existe : le revenu de détente le revenu habituel (ou banal) le revenu de durcissement secondaire ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

41 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : revenu Le revenu de détente - Réalisé à une température comprise entre 180 et 220°C - Appliqué uniquement une structure totalement martensitique - Provoque une précipitation souvent incomplète (fonction T) du C sous forme de Carbone - Permet une diminution des contraintes interne Ne provoquant pas de transformation de lausténite résiduelle (si ce nest sa stabilisation), il peut être précédé dun traitement par le froid si lon veut disposer du durcissement maximal Réalisé lorsque les conditions demploi exigent : conservation des caractéristiques de résistance à leur niveau le plus élevé sans imposer de contrainte en ce qui concerne la ductilité Évolution des propriétés - Faible de la résistance à la traction et de la dureté - très sensiblement la limite délasticité - améliore un peu le niveau des caractéristiques de ductilité ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

42 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : revenu Le revenu usuel - Réalisé à une température comprise entre 500 et 575°C - Provoque la précipitation complète du carbone sous forme de cémentite Fe 3 C Suivant la température de revenu, dans le domaine considéré, on provoque une baisse plus ou moins forte des caractéristiques de résistance mais aussi un relèvement très sensible des caractéristiques de ductilité Suivant la température de revenu, ces carbures sont plus ou moins fins, dispersés et durcissants ou globulisés, coalescés et peu durcissants Le revenu de durcissement secondaire - Réalisé à une température comprise entre 600 et 675°C - Provoque précipitation complète du C sous forme de carbures spéciaux (Cr 7 C 3, Cr 23 C 6, Mo 2 C, …) Provoquer un durcissement important accompagné dune des caractéristiques de ductilité Particulièrement effectué sur les pièces devant travailler à haute T ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

43 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : revenu Choix des conditions de revenu après trempe Le choix des conditions de revenu commence par la définition du type de revenu qui est réalisé (fonction des propriétés recherchées) : Tenir compte que la périphérie dune pièce subit toujours un maintien à la température de revenu plus long que celui auquel est soumis le cœur. Cette différence est dautant plus grande que le chauffage est plus rapide et la section de la pièce plus importante chauffage lent et contrôlé. - Dureté maximale et conditions de service nimposent pas une certaine ductilité revenu de détente à la T °C, compatible avec les exigences de dureté - Compromis bien déterminé entre le niveau de la résistance et un niveau de ductilité revenu banal - Pour les acier contenant des éléments carburigènes revenu de durcissement secondaire ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

44 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : recuit Principe : réalisé un cycle thermique Chauffage à une température de recuit Maintien isotherme à cette température Refroidissement lent dans lair ou le four Le recuit Objectif : éliminé toute lhistoire thermique de lacier en ramenant le métal à léquilibre physico-chimique et mécanique Dans la pratique, on distingue différents recuits en fonction des buts à atteindre : - Le recuit dhomogénéisation - Le recuit de régénération - Le recuit complet - Le recuit de détente Propriété recherchée : Ductilité maximale Dureté minimale Bonnes propriétés mécaniques ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

45 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : recuit Pour réduire ces hétérogénéités, on fait intervenir la diffusion en portant lacier à haute température (T > 1100°C) et en le maintenant à cette température pendant le temps nécessaire pour obtenir le résultat souhaité Le recuit dhomogénéisation Objectif : réduire les hétérogénéités de composition chimique engendrées par le procédé de solidification Le maintien est suivi dun refroidissement assez rapide, provoquant généralement un fort grossissement des grains, nécessité daffiner ultérieurement (réalisation dun recuit de régénération Laffinement des grains de lacier est possible grâce à la transformation et au processus de germination et de croissance de lausténite Le recuit de régénération Objectif : affiner le grain de lacier après que celui-ci ait subi un grossissement excessif à la suite dune surchauffe accidentelle ou dun recuit dhomogénéisation par exemple Le maintien à T maximale du cycle assurer la mise à T uniforme de la pièce A T ambiante la structure de lacier est constituée de ferrite (ou de cémentite) et de perlite ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

46 Les traitements thermiques des aciers dans la masse : recuit Il se définit essentiellement par son cycle thermique qui comporte : - une austénitisation (conditions identique que celle qui précède la trempe) - un refroidissement à lair libre Le recuit complet Objectif : homogénéiser la structure dun acier non allié ou faiblement allié ; il permet aussi daffiner le grain de cet acier Un des intérêts de ce recuit est dobtenir un matériau dont lusinage et la déformation à froid est facilité Le recuit de détente Objectif : diminuer les contraintes résiduelles préalablement générées par des cycles thermiques ayant créé, des gradients thermiques et donc des déformations hétérogènes (à loccasion dopération de formage, de soudage ou de traitements thermiques) Un traitement de relaxation comporte : - un chauffage relativement lent (limiter les contraintes liées au gradients thermiques) à la température choisie - un maintien à la température choisie - un refroidissement relativement lent (limiter les nouvelles contraintes liées au gradients thermiques) ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

47 Les Traitements de surface

48 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers Les traitements thermiques dans la masse améliorent les propriétés mécaniques des aciers mais ils diminuent la ténacité du matériau Les traitements de surface sont généralement appliqué sur des aciers ordinaires ou des aciers peu chargé en éléments daddition puisque la bonne aptitude à la trempabilité du matériau nest alors plus une exigence (contrairement aux traitements dans la masse vu précédemment) Deux types de traitements de surface peuvent être identifiés : - les trempes superficielles modifie la structure de la peau des pièces - les traitements thermochimiques modifient la composition de la peau des pièces Suivant lutilisation de la pièce élaborée, ce sont surtout les propriétés de surface qui prédomine (ex : résistance à lusure). Pour ces cas, le traitement de surface est préféré afin que le cœur de la pièce conserve une bonne ténacité et que la peau soit plus résistante

49 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : trempes superficielles Les trempes superficielles Consistent à austénitiser rapidement la peau de la pièce suivie dune trempe Le chauffage peut se réaliser à partir de cinq méthodes : - à la flamme (au chalumeau) - par induction en moyenne ou haute fréquence - par faisceau laser - par faisceau délectrons - par torche plasma Les aciers à moyenne teneur en C se prêtent bien à ce traitement Un revenu est bien souvent réalisé à la suite de cette trempe Ce traitement porte sur quelques millimètres dépaisseur de la pièce

50 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : trempes superficielles Trempe à la flamme (au chalumeau) Procédé: la surface de la pièce est portée en quelques secondes au-delà de 900°C à laide dun chalumeau ou dun jeu de brûleurs judicieusement répartis, puis trempée plus ou moins violemment selon lépaisseur relative chauffée et la trempabilité de lacier La profondeur durcie peut varier entre un millimètre et la pleine section de la pièce (typiquement jusquà 75 mm) selon la durée dinteraction de la flamme et lefficacité du refroidissement vis-à-vis de la trempabilité de lacier Les différents procédés de trempe à la flamme sont soit : trempe générale instantanée dune surface de révolution - de type stationnaire - soit de type au défilé (« de proche en proche ») trempe au défilé ou de proche en proche

51 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : trempes superficielles Trempe avec chauffage par induction en moyenne ou haute fréquence lapplication dominante de linduction MF demeure le durcissement superficiel localisé utilisé pour réaliser des revenus sommaires (qq minutes à T < 300°C) ou des recuits (chauffage vers 900°C/ refroidissement naturel) sur des parties de pièce à défragiliser durcissements martensitiques sur des épaisseurs superficielles (~ 0,5 à 5 mm) et des structures intermédiaires assurant la transition entre la dureté de la martensite et celle du substrat Procédé: La partie de pièce à traiter est soumise, en statique ou au défilé au champ électromagnétique dun inducteur alimenté en courant de HF, typiquement quelques kHz à 400 kHz. Il en résulte des courants surfaciques induits (courants de Foucault) sopposant à la variation du flux inducteur et échauffant la pièce par effet Joule et conduction thermique Schéma de principe dune trempe statique ou au défilé Le refroidissement naturel pas suffisant une trempe sous douche deau, celle-ci se substituant à linducteur (procédé statique) ou opérant juste derrière linducteur (procédé au défilé).

52 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : trempes superficielles Durcissements en phase solide par faisceau laser, faisceau délectrons, ou torche plasma chauffer la pièce par interaction directe de la peau avec les photons dun faisceau laser, les électrons dun faisceau électronique, ou le plasma dune torche zone traitée : quelques dixièmes de millimètre Procédé: Pour réaliser des durcissements localisés par transformation allotropique, on peut soit : - balayer la surface avec un faisceau relativement focalisé - déplacer avec ou sans recouvrement de petites fenêtres irradiées Il est néanmoins difficile de maîtriser de très fortes densités de puissance compte tenu des instabilités dinteraction et des risques de début de fusion en extrême surface Après passage du faisceau, le refroidissent rapidement par conduction vers le cœur de pièce resté froid, conduit à une auto-trempe martensitique

53 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : trempes superficielles Par faisceau laser Utilisation dune source continue à laser gazeux CO 2, ou un laser solide Nd-YAG. Avantages par rapport à linduction: - zones affectées thermiquement réduites - dautoriser une dureté plus forte liée à une structure plus fine En revanche, les surfaces relativement étendues ne peuvent être traitées que par recouvrement de pistes durcies relativement étroites (~ 40 mm pour une source CO 2 de 25 kW et 7 mm pour 1,5 kW) zones adoucies par revenu (présence des contraintes résiduelles) Longueur donde du rayonnement : 10,6 μm enduire la surface à traiter (phosphatation, spray de graphite, peinture) pour améliorer labsorption et donc le faible rendement de linteraction, Longueur donde du laser YAG (1,06 μm) permet déviter le revêtement et autorise des transferts de puissance flexibles par fibre optique

54 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : trempes superficielles Par faisceau faisceau délectrons Le durcissement par faisceau délectrons (ou bombardement électronique) est comparable au durcissement par laser, mais avec un meilleur rendement dinteraction (jusquà 90%) Les faisceaux délectrons peuvent être facilement mis en forme et défléchis à HF (balayage ponctuel, linéaire ou surfacique) par voie électromagnétique pilotée par calculateur meilleur distribution des fortes densités dénergie. Mise en jeux des puissances élevées (plusieurs centaines de kW), ce qui autorise le traitement de larges surfaces en un seul balayage La nécessité dopérer sous vide (< 0,1 Pa) peut exiger des surfaces particulièrement propres, mais, en contrepartie, la qualité des surfaces traitées permet déviter des opérations de finition

55 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : trempes superficielles Par torche plasma Les torches à plasma à arc transféré (PTA) permettent des durcissements de surface de pièces sans atteindre la fusion car il est possible de moduler la densité de puissance distribuée par la colonne plasma en jouant sur la distance frontale de la pièce La pièce à traiter est portée à un potentiel positif par rapport à la cathode de la torche : le jet de plasma est alors entièrement parcouru par le courant torche-pièce constituant ainsi une résistance de transfert faible et modulable de lénergie électrique La très forte densité dénergie de la colonne plasma autorise, en fonction des paramètres courant et tension, de contrôler la profondeur traitée entre 0,5 et 10 mm Pour les chauffages relativement plus profonds et grossiers des torches plasma à arc soufflé où le jet de plasma sortant de la tuyère lèche directement la pièce (réglage de la distance frontale plus critique) Le faible coût des torches PTA et les larges facilités dautomatisation et de robotisation de leur déplacement intéressant pour des moyennes séries de pièces exigeant moins de précision de traitement que celles intéressées par le laser ou le faisceau délectrons

56 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -

57 Les traitements de surface des aciers : traitements thermochimiques Les traitements thermochimiques Consistent à modifier la microstructure de la peau de la pièce en réalisant un gradient de composition chimique Les traitements les plus connus sont des traitements de cémentation (consiste à faire pénétrer superficiellement du carbone ou de lazote (ou les 2) dans un acier afin de le transformer en surface en un acier fortement carburé susceptible d'être trempé : Carburation (diffusion du carbone) Nitruration (diffusion de lazote) Carbonitruration (diffusion des deux) Les profondeurs atteintes ~ 1 ou 2 mm. Bien souvent, ce gradient de composition seffectue par diffusion dun métalloïde (C, N, ou les deux)

58 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : traitements thermochimiques La carburation Consiste à enrichir en carbone la peau de la pièce Permet dobtenir des surfaces dures et résistantes à lusure à partir daciers à faibles teneurs en carbone (0,1 et 0,3% de C). Différents milieux de carburation sont possibles : - La cémentation en caisse - Les bains de cyanures fondus - Les mélanges gazeux Lopération de carburation seffectue dans le domaine austénitique (900°C). La profondeur du traitement va dépendre du temps et de la température Généralement à la suite de la carburation une trempe et un revenu est réalisé afin de maximiser la dureté de la peau Relation entre la profondeur totale de cémentation et la durée totale de lopération à température constante après cémentation en caisse

59 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : traitements thermochimiques La carburation La cémentation en caisse : la pièce est placée dans un mélange de charbon et de fer. Cette technique est de moins en moins utilisée pour des raisons de coût et denvironnement Les bains de cyanures fondus : le milieu liquide est un bain de sels en fusion riche en produits carburants dans lequel on immerge les pièces. Ce procédé fortement développé jusquaux années 70 a beaucoup décru depuis la dernière décennie. Les raisons essentielles sont liées à lenvironnement et aux conditions de travail et principalement à la nature cyanurée de ces bains. Des formulations sans cyanure ont été développées pour saffranchir de cet aspect mais lefficacité relative de ces formules et les contraintes des bains de sels même exempts de cyanures nont pas permis de maintenir la place de cette technique par rapport aux procédés gazeux. Les mélanges gazeux : le traitement est réalisé dans un four étanche dans lequel on maintient une atmosphère contrôlée constituée dun gaz support auquel on ajoute si nécessaire, pour atteindre le potentiel carbone souhaité, un gaz denrichissement en carbone

60 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : traitements thermochimiques La nitruration Solubilité de lazote dans le fer α est de 0,4% à 590°C Sa mise en solution est réalisée entre 500 et 550°C Les agents de nitruration le plus couramment utilisé sont lammoniac sous forme gazeuse et les bains de cyanures fondus Avant de saturer le fer lazote tend à former des nitrures finement dispersés. Pour minimiser la diffusion à cœur et la coalescence de ces nitrures, T basse est conseillée. La présence de ces nitrures a pour conséquence de limiter le durcissement du métal Les duretés superficielles obtenues après nitruration sont supérieures à celles obtenues par carburation. La zone traitée est de faible épaisseur : 0,2 mm pour un traitement de 10h à 525°C et 0,6 mm pour 60h à 525°C. Ces faibles épaisseurs sont liées à la température du traitement Comme la nitruration sopère sur du fer sous la forme et que le durcissement nest dû quà la formation de nitrure aucun traitement thermique ultérieur nest nécessaire

61 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les traitements de surface des aciers : traitements thermochimiques La carbonitruration Diffusion simultanément de carbone et dazote en surface Traitement très proche de la carburation seffectue sur du fer sous la forme Les milieux de carbonitruration sont des bains de cyanures ou des mélanges gazeux Les propriétés de la couche traité sont intermédiaires aux propriétés des traitements de carburation et de nitruration

62 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Influence des éléments daddition

63 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Influence des éléments daddition Influence des éléments dadditions Malgré les différents traitements possibles sur les aciers, les propriétés physiques demeurent insuffisantes pour certaines utilisations Limites des propriétés physiques Résistance mécanique : limité à 700 MPa à introduire des éléments daddition en faible quantité (Cr, Ni, Mn, Mo, V, W …) dobtenir de nouveaux alliages aux propriétés améliorés Trempabilité : très faible pour les aciers au C (trempe à cœur impossible si > 15 mm Tenue à chaud : propriétés mécanique seffondre si T > 400°C Résistance à lusure : variable suivant la structure de la matrice Résistance à la corrosion : bonne uniquement pour des aciers inoxydables

64 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Influence des éléments daddition Action générale des éléments dadditions Laction des éléments daddition sur les caractéristiques des aciers dépend essentiellement des deux facteurs suivants : Type de modification apportée au domaine de stabilité de lausténite. Élément augmentant le domaine de stabilité de lausténite tel que lalliage reste sous la forme CFC quelle que soit T. Un tel élément est dit gammagène ; la liste des éléments gammagènes est assez limitée puisquelle ne comporte que Ni, Mn et Cu Tendance des éléments à se substituer en partie aux atomes de fer de la cémentite ou à former des carbures. Éléments augmentant le domaine de stabilité de la cémentite tel que lalliage reste CC à toutes T Un tel élément est dit alphagène. La liste des éléments alphagènes comprend presque tous les éléments dalliage habituels tels que Si, Al, Cr, Mo, Ti, W

65 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Influence des éléments daddition Action spécifique des éléments dadditions Linfluence des principaux éléments daddition sur les caractéristiques des aciers est reporté dans le tableau

66 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils

67 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils Les aciers à outils sont utilisés, dans tous les problèmes de mise en forme des matériaux au sens le plus large : - Usinage (tournage, perçage, fraisage...) - Mise en forme à froid et à chaud (travail des métaux en feuilles sous presse par découpage et emboutissage, forgeage et matriçage à chaud, laminage à froid ou à chaud) - Moulage (coulée par gravité ou sous pression dalliages dAl, de Cu, de Zn et de Mg, emballages verriers, industrie du caoutchouc, plasturgie) - Filage et dextrusion (aciers et alliages légers, plastiques, pâte de cellulose...). Les aciers à outils font partie intégrante du domaine des aciers spéciaux Loutil est sollicité au niveau de sa surface et doit supporter les contraintes les plus sévères. ne peuvent pas être définis au moyen de lois de comportement simples nécessite une connaissance précise des conditions de sollicitations pour le choix

68 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils Propriétés requises Dureté : - pour résister aux déformations de la surface lors du travail - dureté conservée à haute température (T~600°C) Résistance à lusure : résistance à leffet de rayure et au microégrènement par arrachement de particules lors du frottement contre une autre surface Résistance aux chocs thermiques Ténacité : résistance à des chocs fréquents Tenue à chaud : - bonne propriétés mécanique - bonne résistance au fluage - bonne résistance loxydation Trempabilité : - propriétés homogène - résistance convenable à la surchauffe et au grossissement du grain Caractéristiques atteintes en ajoutant un certain nombre déléments daddition

69 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils Éléments daddition Les éléments daddition jouent des rôles similaires que dans les autres aciers Spécificités : - Les teneurs plus élevés - Les éléments dont laffinité est très forte avec le C (Mo,V, W) jouent ici un rôle de premier plan en formant des carbures très stable Avec des additions massives de ces éléments les teneurs en C peuvent dépasser les 2%. Ces carbures de grande dureté vont permettre daméliorer la résistance à lusure et au fluage

70 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils Les traitements thermiques Laddition « massive » des éléments daddition rend difficile lexécution de traitements thermiques sur les aciers à outils La T dausténisation est très élevée (> 1000°C) mais il faut la contrôler avec précision en raison de la diminution du domaine dausténisation La trempe comporte des risques de déformations et de tapures Chauffage par palier (faible vitesse de chauffe) Les risques de décarburation et de croissance des grains sont importants maintient de la pièce à la T dauténitisation juste le temps nécessaire (T soit homogène) Recours à une trempe douce

71 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils Désignation et classification des aciers à outils Les nuances daciers à outils sont classées, selon leur mode de travail, en quatre catégories : les aciers à outils non alliés pour travail à froid les aciers à outils alliés pour travail à froid les aciers à outils pour travail à chaud les aciers à coupe rapide Aciers à outils non alliés pour travail à froid Cette classe daciers comprend six nuances dont la teneur en C est comprise entre 0,45 et 1,20% en masse. Leur désignation comporte le symbole préfixe C, suivi dun nombre exprimant la teneur moyenne en carbone, en centièmes pour cent, puis de la lettre U spécifique de la désignation daciers à outils (Ex : C45U) Aciers à outils alliés pour travail à froid caractérisés par : - des niveaux de dureté élevés à T ambiante (entre 56 et 63 HRc) - des teneurs en C élevées (> 0,6 % en masse) - des teneurs en éléments fortement carburigènes assez basses (maxi. qq %) Ex : X 210Cr12 (composition : 12 % Cr, 2,1 % C)

72 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils Désignation et classification des aciers à outils Aciers à outils pour travail à chaud caractérisés par : - des niveaux de dureté moyens à T ambiante (~ 44 à 55 HRc) - une résistance à ladoucissement relativement forte - des teneurs en C ~ 0,3 et 0,6 %, + additions déléments carburigènes (chrome, molybdène, tungstène et vanadium) et, occasionnellement une addition de cobalt. Aciers à coupe rapide caractérisés par : - des niveaux de dureté élevés à la T ambiante (~ 60 et 70 HRc) - une résistance à ladoucissement élevée - des teneurs C > ou = à 0,8 % - des additions importantes déléments carburigènes (tungstène, molybdène, vanadium) et à un degré moindre de chrome Désignation abrégée définie de la manière suivante : - débute par le symbole HS (high speed) - les trois (quatre) chiffres donnant les teneurs moyennes en W, Mo, V (et Co) dans cet ordre pour les aciers sans (avec) cobalt - lette C en fin de notation permet de distinguer la variante à teneur en C élevée Exemples : HS (18 % W, 0 % Mo, 1 % V) HS (6 % W, 5 % Mo, 2 % V, 5 % Co)

73 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers à outils Désignation et classification des aciers à outils En résumé : classification générale des aciers à outils

74 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables

75 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables Les aciers inoxydables constituent une vaste famille dalliages métalliques qui ont tous en commun de contenir du fer et du chrome Suivant leur teneur en chrome dont le seuil minimal est de 10,5 % et les traitements métallurgiques quils ont subis, ils présentent un large éventail de propriétés 5 familles daciers inoxydables : - Aciers inoxydables martensitiques - Aciers inoxydables ferritiques - Aciers inoxydables austénitiques - Aciers inoxydables austénoferritiques - Aciers inoxydables à durcissement par précipité Constitution des aciers inoxydables Addition de chrome dobtenir dexcellente aptitude à résistance à la corrosion Chrome alphagène transformation qui se produit au chauffage dépend des teneurs en Cr et en C

76 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables Constitution des aciers inoxydables Pour déterminer la structure des aciers inoxydables utiliser le diagramme de Schaeffler En ordonnée « léquivalent nickel » à laction combinée et pondérée des éléments gammagènes En abscisse « léquivalent chrome » à laction des éléments alphagènes.

77 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. martensitiques Aciers inoxydables martensitiques Structure et classification Teneur maximale en C est limitée à 1,2% Teneur en chrome est comprise entre 11,5 et 18% Jusquà 6% de nickel Jusquà 1,5% de molybdène. Après trempe structure entièrement martensitique limite délasticité, résistance à la rupture dureté Suivant leur composition chimique, ils sont divisés en 4 groupes

78 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. martensitiques Structure et classification Nuances du groupe 1 : - Les moins chargées en carbone - Teneur en chrome limitée à 13,5 % la trempe possible - Aptitudes au soudage Nuances du groupe 2 : - des teneurs en chrome et en carbone. - de la résistance à la corrosion (effet « Cr ») et de la dureté (effet « C ») - Pas soudables mais peuvent être brasées Nuances du groupe 3 : - Duretés les plus mais ductilité - Plus difficiles à élaborer - Traitement thermique procédures strictement respectées tapures Nuances du groupe 4 : - teneur en nickel et teneur en carbone bonne ductilité - teneur en molybdène résistance à la corrosion par piqûres

79 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. martensitiques Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques – Traitement thermique Pratiquement toujours utilisés à létat trempé et revenu Jusquà 300°C : - traitement de revenu modifie peu R m et Rp 0,2 - légère de lallongement et de la résilience A partir de 550°C, un traitement pratiqué : - R m et Rp 0,2 - allongement (A) et ténacité (résilience) T entre 350 et 550°C doivent être évitées la précipitation de carbures fins de la ténacité et de la dureté

80 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. martensitiques Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques Les aciers inoxydables martensitiques propriétés physiques relativement homogènes Famille la moins résistante à la corrosion

81 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. ferritiques Aciers inoxydables ferritiques Structure et classification Structure reste ferritique dans tout lintervalle de température ne subissent pas de transformation Les nuances industrielles les plus utilisées peuvent être divisées en trois groupes : Les plus utilisés des ferritiques Les aciers réfractaires

82 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. ferritiques Aciers inoxydables ferritiques à 11 % de chrome (groupe 1) Les nuances les plus courantes du groupe 1 ont : - Teneur en chrome de lordre de 11 à 12% - Teneur en carbone (< 0,03% et typiquement ~ 0,015%) La plus importante (quantités produites) est la nuance X2CrTi12 Utilisée dans les lignes déchappement des automobiles Excellentes performances à la mise en œuvre (formage, emboutissage, cintrage et soudage) Résistance à la corrosion suffisante pour lapplication considérée La seconde nuance X2CrNi12 - Après traitement thermique à T~800°C Limite délasticité > 320 MPa Allongement à rupture ~30% Structure : ferrite et carbures dispersés homogènement - Alliage soudé Absence de stabilisant transformation martensitique (> 90%) La martensite à bas C excellente ténacité et une dureté modérée Application principale structures soudées de haute fiabilité.

83 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. ferritiques Aciers inoxydables ferritiques à 17 % de chrome (groupe 2) Les nuances du groupe 2 comprennent - La nuance de référence X6Cr17 (16,5% Cr et 0,05% C) - Ces dérivées obtenues par abaissement de la teneur en interstitiels (C+N) Introduction 1 ou 2 stabilisants (Ti) + ajout de Mo permet de fixer N et C sous la forme de nitrures (TiN) et de carbures (TiC) ou de carbonitrures la stabilisation doit rendre lacier insensible à la corrosion intergranulaire

84 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. ferritiques Aciers inoxydables superferritiques (groupe 3) La nuance caractéristique de ce groupe : X2CrMoTi29-4 (29% Cr, 4% Mo) - Basse teneur en C + stabilisation par Ti bonne ténacité et résistance exceptionnelle - Teneur en Cr risque « fragilisation à 475°C » Ce phénomène se manifeste entre 400 et 550°C et se caractérise de la dureté et de la ténacité lors de maintien de longues durées (plusieurs centaines heures). Il sagit dun phénomène de durcissement secondaire dû à la formation de fins précipités dans la matrice ferritique ou il est déconseillé dutiliser des aciers inoxydables ferritiques pendant de longues périodes à des températures supérieures à 300°C.

85 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. ferritiques Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques Utilisé après traitement thermique final de recuit entre 800 et 950°C Pas durcissables par un traitement thermique mais uniquement par écrouissage Courbe de traction présente ~ aciers doux (partie linéaire suivie partie curviligne) Les propriétés physiques des aciers inoxydables ferritiques sont :

86 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. austénitiques Aciers inoxydables austénitiques Alliages : fer-chrome-nickel (molybdène) Représentent 80% du marché mondial - Structure cristallographique CFC ductilité et ténacité exceptionnelles pour une large gamme de T - Excellente soudabilité opératoire et métallurgique facilite la mise en oeuvre Nuance de base X5CrNi18-10 (18% Cr, 9,5% Ni et 0,05% C) - Couvre environ 80 % des applications des nuances austénitiques Suivant le type dapplication visé développe de nombreux alliages (éléments daddition) Alliages fer-chrome-manganèse-nickel Ecrouissage plus rapidement que Fe-Cr-Ni pas déformation plastique Les alliages Fe-Cr-Mn-Ni contenant plus de 16 % de chrome nont pas la même résistance à la corrosion que les nuances austénitiques au nickel

87 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. austénitiques Aciers inoxydables austénitiques Aciers inoxydables superausténitiques Nuances destinées à résister à des milieux particulièrement agressifs Compositions chimiques adaptées à la résistance à la corrosion du milieux spécifiques Addition de molybdène à une teneur > 2,0 % améliorer très nettement la résistance à la corrosion par piqûres dans les milieux chlorurés (environnements « marins ») et au contact des acides réducteurs Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques Courbe dun acier inoxydable austénitique - Aucune séparation entre le domaine d'élasticité et le domaine plastique Les propriétés physiques des aciers inoxydables austénitiques

88 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. austénoferritiques Aciers inoxydables austénoferritiques Aciers inoxydables superausténitiques Alliage représentatif X2CrNiMoN : meilleurs compromis entre - Bonne résistance aux corrosions intergranulaires, sous contrainte et par piqûres et - Limite délasticité élevée (x2 celles des aciers inoxydables austénitiques) Nuance X2CrNiN23-4 relativement bon marché -Caractéristiques mécaniques élevées et bonne soudabilité Excellent matériau de structure Autres nuances résistance à la corrosion Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques

89 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : aciers inox. à durcissement par précipitation Aciers inoxydables à durcissement par précipitation Famille daciers inoxydables dont les caractéristiques mécaniques sont obtenues à lissue dun traitement de durcissement secondaire suivant un traitement thermique de trempe ou dhypertrempe Il existe trois groupes daciers inoxydables à durcissement par précipitation : - Aciers martensitiques à transformation directe - Aciers semi-austénitiques ou à transformation martensitique indirecte - Aciers austénitiques à durcissement par durcissement secondaire Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques

90 ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : - Les aciers inoxydables : critères de choix Les critères de choix Le choix dun acier inoxydable est basé sur une série de critères : - Résistance à la corrosion durée de vie - Caractéristiques mécaniques (résistance mécanique, ductilité, ténacité) - Gamme de T Matériau de choix dans les applications « alimentaires » et « médicales » Acier inoxydable est 100 % recyclable Exigences: *** élevées ** élevées * moyennes


Télécharger ppt "METALLURGIEDESCRIPTIVE ISITV Matériaux 2ième année - Métallurgie descriptive - contact : -"

Présentations similaires


Annonces Google