Direction Régionale du Grand Casablanca Institut Spécialisé de Technologie Appliquée GENIE MECANIQUE Formatrice :Mme BOUTERRAKA Khadija Certificat des.

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1 Direction Régionale du Grand Casablanca Institut Spécialisé de Technologie Appliquée GENIE MECANIQUE Formatrice :Mme BOUTERRAKA Khadija Certificat des Compétences Professionnelles option : « Conception et Fabrication Mécanique ».

2 PARTIE I :MATERIAUX ET TRAITEMENTS FABRICATION DES PIECES BRUTES PARTIE II: :PROCEDES D'USINAGE PARTIE III Technologie Professionnelle

3 -l’utilisation et la mise en forme des matériaux lors de la conception et la fabrication des pièces mécaniques, - élaborations mises en forme et leurs traitements. -les différents procédés d’élaboration des pièces bruts, -les procédés d’usinage conventionnel utilisés en atelier de fabrication mécanique. étudiant apte à bien acquérir les connaissances en technologie professionnelle liée à la fabrication mécanique Les Objectifs

4 PARTIE I :MATERIAUX ET TRAITEMENTS

5 CHAPITRE 1:Matériaux Généralités

6 I. Introduction II. Principale famille des matériaux 1.Métaux 2. Polymères ou matières plastiques 3.Céramiques 4. Matériaux composites Matériaux

7 Les matériaux sont à la source de la technologie et du monde industriel. La réussite technique et le succès commercial d’un produit fabriqué dépendent en grande partie des matériaux choisis. Sélectionner un matériau n’est généralement pas une opération simple compte tenu de la grande variété proposée. Le choix dépend autant du prix que des qualités propres du matériau et du procédé de fabrication retenu pour la réalisation. La sélection est le plus souvent effectuée en équipe, client et concepteur étant associés aux techniciens de fabrication. I-Introduction

8 1. Prix comparatifs indicatifs (au kg) des principaux matériaux industriels (u.a. = unité arbitraire).

9 II-Principales familles de matériaux.

10 Ce sont des alliages complexes contenant 20 à 99,9 % de fer et toujours du carbone (0,1 à 6%). 1-Les matériaux métalliques

11 Structure cristalline : c’est la façon dont les atomes sont empilés les uns sur les autres. Les métaux sont formés de monocristaux, ou grains, disposés côte à côte, dont la forme, plus ou moins régulière, est polygonale. Cette structure cristalline est à l’origine de leurs propriétés, elle influe sur les caractéristiques mécaniques et physiques.

12 Mailles : à l’intérieur des grains, les atomes, en contact les uns avec les autres, disposés régulièrement, forment des empilements compacts. Les réseaux cristallins ainsi formés sont appelés mailles. Les mailles rencontrées le plus fréquemment sont la maille cubique centrée, la maille cubique à faces centrées et la maille hexagonale compacte.

13 Alliages : lorsqu’on ajoute les atomes d’un autre métal, on modifie l’arrangement des plans de la structure cristalline du métal de base. Cela accroît le plus souvent la résistance. Exemple : le bronze est plus résistant que les deux métaux de base qui le constituent (cuivre et étain).

14 Désignation normalisée : elle utilise à la fois des lettres, qui précisent la nature du métal de base et des éléments d’addition, plus des chiffres qui indiquent les indices de pureté et les teneurs. Deux types de symboles sont utilisés : les symboles chimiques usuels et les symboles métallurgiques

15 Les aciers Les aciers contiennent 0,1 à 1 % de carbone

16 Les fontes Alliages Fer – Carbone Les fontes contiennent 2 à 6 % de carbone.

17 L’aluminium et ses alliages Composé de Bauxite Couleur gris clair Bonne conduction thermique et électrique, malléable et inoxydable. La plus faible masse volumique. Peut être utilisé dans l’aéronautique et dans le secteur automobile.

18 Le zinc et ses alliages Métal de couleur blanche S’oxyde a l’air libre, mais produit une mince couche protectrice résistant aux agents chimiques. Déposé sur Acier, on obtient de l’acier galvanisé résistant a la rouille. Utilisé en construction mécanique avec de l’aluminium et du cuivre.

19 Le cuivre et ses alliages métal non allié, rouge, malléable, ductile* (*qui peut être allongé ou étiré sans se rompre).

20 Le magnésium et ses alliages Métal blanc argenté Utilisé dans l’industrie automobile et aéronautique pour des raisons de légèreté. Allié avec de l’aluminium, du zinc ou du manganèse. Forte élasticité.

21 2-Les matériaux polymères Du grec « pollus » = plusieurs et « meros » = parties Matière plastique = résine de base + adjuvants + additifs résine : composée de longues chaines de polymères

22 Adjuvants et additifs renforts : diminuent le coût, augmentent la résistance mécanique. pigments : donnent la couleur du plastique. ignifugeant : retardant la propagation des flammes.(hydroxydes d’aluminium. Magnésium) plastifiant : permettent de rendre la résine souple et élastique. (les phtalates d’alkyle; phosphates)

23 Les thermoplastiques Les thermoplastiques se déforment et sont façonnables sous l'action de la chaleur et gardent cette forme en refroidissant. Ils peuvent être fondus puis remodelés sans perdre leurs propriétés. Exemples : polyéthylène, polypropylène, polystyrène, PVC.

24 Les thermodurcissables Les thermodurcissables prennent leur forme définitive au premier refroidissement, la réversibilité est impossible.(il n’est plus possible de les remodeler par chauffage) Exemples : phénoliques, époxydes

25 Les élastomères et Les caoutchoucs On peut les considérer comme une famille supplémentaire de polymères aux propriétés très particulières. Ils sont caractérisés par une très grande élasticité

26 3-Les Céramiques Ni métalliques, ni polymères, ce sont les matières premières les plus abondantes de la croûte terrestre et les matériaux les plus anciens utilisés par l’homme. Elles résistent à la chaleur, à l’usure, aux agents chimiques et à la corrosion. Leur principal inconvénient est la fragilité.

27 Les céramiques - Fabrication le coulage( pour les poudres dispersées dans un liquide ou le pressage pour les poudres sèches. le mécanisme de consolidation de ces particules les unes avec les autres en chauffant le matériau est appelé frittage. Exemple : nitrure de silicium Application :poudre abrasives ; outils de coupe..

28 4-Les matériaux composites Ils se composent de 2 parties : Le renfort : il assure la tenue mécanique. La matrice : elle assure la cohésion de la structure et la retransmission des efforts vers le renfort. Exemples familiers : béton armé (béton + armature acier), pneumatiques (élastomère + toile + fils d’acier), équipements sportifs (raquettes, ski...).

29 CHAPITRE 2:Essais mécaniques des matériaux

30 I-Introduction II-Propriétés physique des matériaux III-Propriétés mécanique des matériaux IV- Les essais mécanique

31 I-Introduction Les Caractéristiques mécaniques des matériaux doivent être définissables sans ambiguïté en fonction des qualités ou des capacités attendues Pas indépendantes des conditions de mesure Présentation des grandeurs mesurables Essais permettant de les obtenir

32 II-Propriétés physiques des matériaux Les matériaux utilisés en construction mécanique doivent posséder les propriétés diverses exigées des mécanismes considérés. Propriétés physiques pratiques. Ductilité. Aptitude du matériau à être étiré en fils de faible section (acier, cuivre, aluminium). Malléabilité. Aptitude à la déformation à chaud (ou à froid) par choc ou par pression. Réduction en feuilles minces par laminage (acier...). Fusibilité. Aptitude à la fusion à chaud (fonte, bronze). Soudabilité. Aptitude à l’assemblage par soudage sans altération de la résistance (acier sur acier). Usinabilité. Aptitude d’un matériau à se laisser façonner par formation de copeaux à l’outil de coupe.

33 III-Propriétés mécaniques Elles intéressent surtout au fonctionnement des pièces, leur comportement sous les contraintes par compression, traction, torsion, choc, vibration, frottement,… etc.

34 Résistance mécanique (R). C’est la charge par mm2 que peut supporter le matériau considéré s’exprime en N/mm2. Dureté (H). C’est la résistance à la pénétration du matériau par un corps plus dur sous une charge. Résilience (K). C ‘est la résistance unitaire du matériau au choc

35 Autres propriétés Les pièces possèdent des surfaces fonctionnelles pour les liaisons mécaniques avec rotation ou glissement ce qui nécessite des aptitudes supplémentaires. Qualité de frottement. On distingue les frottements: − à sec. Ex. fonte / fonte, fonte / acier, acier / bronze ; − sous lubrification entre deux matériaux quelconques. Qualité d’inoxydabilité. L’oxydation des surfaces altère leur aptitude au glissement.

36 Les essais mécaniques ont pour but de définir les diverses caractéristiques des matériaux qui permettent : − de comparer les matériaux entre eux ; − de les choisir en fonction des sollicitations mécaniques subies par les pièces ; − de vérifier que le matériau livré correspond à celui qui était demandé. Les essais mécaniques se pratiquent soit sur les matériaux bruts, soit sur les pièces finies, soit(le plus souvent) sur des éprouvettes-échantillons du matériau considéré. 1-Objectifs IV-Les essais mécaniques

37 Il permet de définir plusieurs caractéristiques mécaniques − la résistance à la traction Rm (ou R) appelée également t énacité ;(capacité à absorber de l'énergie au cours d'une évolution irréversible (plastification, rupture) − la limite apparente d’élasticité Re ; − le pourcentage d’allongement après rupture A%. 2-Essai de traction

38 Principe Principe : L’essai est réalisé sur une machine de traction. On applique progressivement et lentement (sans choc) à une éprouvette cylindrique de formes et de dimensions normalisées, un effort de traction croissant. 1. Machine de traction.2. Eprouvette.

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40 Caractéristiques mesurées Les deux points A et B sont situés sur l’éprouvette. L0 : Longueur initiale de l’éprouvette au repos (sans charge). L : Longueur de l’éprouvette mesurée sous charge F. F : Force exercée par la machine d’essai sur l’éprouvette.

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42 Courbe de traction Zone OA : c'est la zone des déformations élastiques. Si l'on réduit la valeur de F jusqu'à une valeur nulle, l'éprouvette retrouve sa longueur initiale. Zone ABCD : c'est la zone des déformations permanentes. On ne s'intéressera (pour l’instant) qu'à la zone des déformations élastiques.

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44 Rigidité Elle définit donc la capacité du matériau à se déformer de façon élastique et donc réversible. Plus le matériau est rigide, plus la force qu’il faut lui appliquer est importante, pour une déformation donnée. Module d’élasticité longitudinale E (N/mm2) : il caractérise la pente de la droite de proportionnalité précédente et l’élasticité du matériau testé. Plus E est grand, plus le matériau est rigide et inversement. Exemples : E aciers = 200 000 N/mm2, E élastomères = 1 N/mm2

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46 2-Essais de dureté La dureté d’un matériau est la résistance qu’il oppose à la pénétration d’un corps plus dur, Il existe un grand nombre d’essais possibles, mais on relèvera surtout Brinell, Rockwell, Vickers, très complémentaires.

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48 ESSAIS BRINELL (symbole HBW) - NF EN ISO 6506 Principe -Il consiste à imprimer dans le métal étudié, une bille d’acier très dur de diamètre D sous l’action d’une charge F. D et F dépendent du matériau à essayer. Les valeurs les plus courantes sont D = 10 mm et F = 29 420 N, elles sont utilisées surtout pour les essais des métaux ferreux et des bronzes. -Après essai, on mesure l’empreinte laissée par une bille en carbure (diamètre : 1–2, 5–5–10 mm) et la valeur de la charge F appliquée pour obtenir cette empreinte.

49 Exemple : symbole HBW 10/3000/20. F 3 000 daN, d = 10 mm, pendant 20 secondes, Utilisation : tous métaux (Norme NF EN ISO 6506). Temps d’application 2 à 8 s, maintien 10 à 15 s.

50 Selon le matériau, la norme préconise une force F en fonction du diamètre D de la bille. D peut être égal à : 1; 2.5; 5; 10mm. La charge doit être appliquée sans chocs ni vibrations, pendant 10 à 15 secondes.

51 Dureté Vickers (symbole HV) - NF EN 150 6507 Principe Il consiste à imprimer dans le métal étudié un pénétrateur de diamant en forme de pyramide à base carrée, d’angle au sommet de 136°, sous l’action d’une charge F. La dureté du matériau est fonction de la grandeur de l’empreinte laissée par le pénétrateur.

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53 Charge à utiliser Elle peut varier de 49 N à 981 N ; la charge d’essai normale est de 294 N. Durée du maintien de la charge : 10 à 15 s.

54 Résultat : Dureté Vickers Utilisation : tous métaux. Exemple : 640 HV 30 (charge 294,2 N; 10 à 15 s ; dureté 640).

55 Dureté Rockwell (symbole HR) - NF EN 150 6508 C’est l’essai de dureté le plus connu mondialement. Il consiste à imprimer en deux étapes un pénétrateur, bille d’acier ou cône de diamant, dans le matériau à tester en exerçant deux charges d’intensité connue F0 et F1.

56 Essai à la bille Différents diamètres de billes sont utilisés, le plus courant pour les alliages de Fe, AI, Cu, est celui de 1,58 mm. L’essai à la bille n’est pas recommandé si HB 250. L’empreinte peut être réalisée sur une surface brute (mais exempte d’oxydation). Résultat dureté HRB

57 Echelles de mesure : HRC (ferreux), HRD et HRA avec cônes (pour matériaux durs et très durs : carbures, aciers trempés...) ; HRB (non ferreux et métaux en feuilles) ; HRE, HRF, HRG (métaux doux) ; HR15N, HR30N, HR45N, HR15T, HR30T, HR45T (plastiques...).

58 ESSAIS MECANIQUES L’essai de dureté Rockwell La valeur de dureté est alors donnée par la formule suivante : Échelle B, E et F Échelle C La valeur de r étant l'enfoncement rémanent obtenu en appliquant puis en relâchant la force F 1. Une unité de dureté Rockwell correspondant à une pénétration de 0,002 mm.

59 Les diamètres de bille possibles sont : 1,5875 mm; 3,175 mm et 6,35 mm,

60 ESSAIS MECANIQUES Comparaison entre les méthodes

61 ESSAIS MECANIQUES: Essai résilience En mécanique, la résilience est l'énergie nécessaire pour produire la rupture d'un échantillon entaillé section droite de l'entaille (appelé éprouvette). échantillon entaillé section droite de l'entaille (appelé éprouvette). L'essai de résilience se fait sur une machine du nom de Mouton de Charpy :Mouton de Charpy Elle se mesure par la différence d'énergie potentielle entre le départ du pendule et la fin de l'essai:la différence d'énergie potentielle

62 Eprouvette

63 Mouton de Charpy

64 ESSAIS MECANIQUES Essai résilience L'énergie absorbée est obtenue en comparant la différence d'énergie potentielle entre le départ du pendule et la fin de l'essai. L'énergie obtenue (en négligeant les frottements) est égale à : m : masse du mouton pendule g : accélération de la pesanteur (environ 9.81 m.s-2) h : hauteur du mouton pendule à sa position de départ h' : hauteur du mouton pendule à sa position d'arrivée

65 ESSAIS MECANIQUES: Essai de fatigue Déroulement de l’essai L’éprouvette d’essai est soumise: à une charge moyenne donnée (qui peut être égale à zéro) et à une charge alternée donnée et on note le nombre de cycles nécessaires pour provoquer la défaillance (rupture par fatigue). Généralement, on effectue plusieurs essais avec des charges variables différentes sur des éprouvettes identiques.

66 Essai de fatigue Les résultats des essais de fatigue sont souvent présentés sous la forme d’un diagramme σ ‑ N (ou de Wöhler) qui représente: le nombre de cycles nécessaires pour amener la défaillance de l’éprouvette

67 ESSAIS MECANIQUES Essai de fatigue Contraintes cycliques & Diagramme d’endurance (de Wöhler)

68 Chapitre 3 :Elaboration des matériaux ferreux

69 Introduction I-Elaboration des fontes II-Elaboration des aciers III- Les processus de fabrication de demi-produits d’acier IV-Désignation des fontes et des aciers V-Elaboration de l’Aliminuim ;Cuivre et Zinc

70 Introduction LES MATIERES PREMIERES Du minerai de fer à l'acier le minerai de fer seul n'est pas suffisant. cinq matières premières principales Le minerai de fer, La ferraille, Le coke métallurgique, Les fondants, L’oxygène,

71 Minerai de fer les minerais oxydés, Magnétite (FE3O4); Hématite FE2O3); Limonite (HFeO2) ; L’ilménite (FeTiO3) les carbonates, Sidérite (FeCO3) les silicates pyrite (FeS2)

72 La ferraille récupération à partir des industries de transformation et des industries sidérurgiques, collecte de biens d’équipement et de consommation hors d’usage. La ferraille est surtout utilisée dans les aciéries électriques

73 Le coke métallurgique combustible obtenu à partir de la houille(La houille est une roche carbonée sédimentaire correspondant à une qualité spécifique de charbon)roche carbonéesédimentairecharbon Il remplit trois rôles principaux dans le haut- fourneau : il favorise la circulation des gaz montants (rôle perméabilisant), fournit la chaleur nécessaire à la poursuite de la réaction, assure la réduction et la carburation du fer.

74 Les fondants L’utilité des fondants est double : Première fonction: rendre les minéraux de la gangue (ensembles des éléments minéraux sans valeur associés au minéral utile dans un minerai) plus facilement fusibles; Seconde fonction: former avec les impuretés contenues dans le minerai des combinaisons qui permettent de les éliminer.

75 les fondants Les fondants sont ajoutés afin de permettre d’éliminer la gangue sous forme de laitier fusible.( sont des déchets solides provenant des opérations de traitement des minéraux métalliques composé essentiellement de silicates, d'aluminates et de chaux(, l'oxyde de calcium), )déchetssilicateschauxoxyde de calcium

76 L’oxygène L’oxygène est principalement utilisé pour l’élaboration de l’acier. Des centrales à oxygène permettent de le produire à partir d’air liquide. Elles produisent en général de l’oxygène à 40 bars et alimente l’aciérie sous une pression de 15 bars.

77 I-Elaboration des fontes On distingue : − la fonte de 1ère fusion de haut-fourneau issue du minerai ; − la fonte de 2ème fusion de cubilot* (*four à cuve, chauffé au coke).

78 Préparation concassage, criblage, agglomération (minerais) couches alternées coke et minerai

79 Haut fourneau extraire le fer contenu dans les minerais (oxydes de fer: Fe2O3, FeO, Fe3O4); appareil de réduction où l'on met en contact: les oxydes de fer et des agents réducteurs ;

80 Haut fourneau température des gaz supérieure à 2 000 °C; très réducteur les matières s’échauffent progressivement par le gaz; oxydes, métal primaire et gangue entrent en fusion. écoulement liquide au travers du coke ; la réduction des oxydes de fer s'achève ; la fonte et le laitier se constituent. Évacuation périodique par le trou de coulée

81 Haut fourneau Le laitier débouché dans le secteur du bâtiment ( comme matière première dans la fabrication du ciment. )ciment La fonte (% C = 2÷4) : moulage direct, sont produites à l’issue d’une deuxième fusion dans un cubilot à partir de gueuses de première fusion et de riblons (déchets) de fonte et d’acier. Acier par affinage.

82 On distingue trois opérations fondamentales : L’élaboration; La coulée; La mise en forme. ELABORATION DE L’ACIER

83 L’élaboration : Série de processus métallurgiques dont le dernier au moins a lieu en phase liquide et qui est destiné à aboutir à une nuance d’acier désirée ;

84 La coulée passage de l’acier de l’état liquide à l’état solide ;

85 La mise en forme : D’une manière générale, laminage (déformation plastique à chaud ou à froid) conduisant à des produits: plats (tôles) ou longs (profilés, barres, etc.).

86 II-ELABORATION DE L’ACIER Il existe deux modes de fabrication de l'acier selon que celui-ci est produit à partir du minerai de fer ou provient du recyclage des ferrailles : Filière fonte ; Filière électrique

87 ELABORATION DE L’ACIER : Filière Fonte Haut fourneau Convertisseur à l’Oxygéné Préparation minerai &coke

88 ELABORATION DE L’ACIER FILIERE FONTE Principe : On insuffle de l'air dans le convertisseur L'oxygène de l'air permet : la combustion (1600°C) des impuretés contenues dans le métal brut, l'élimination d'une partie du carbone par oxydation. La transformation de la fonte en acier est ainsi opérée. L'acier (% C < 1,8) est obtenu: en décarburant la fonte, en éliminant le plus possible le soufre et le phosphore en modifiant la teneur des autres éléments (Si, Mn).

89 ELABORATION DE L’ACIER FILIERE ELECTRIQUE la filière électrique: La filière électrique c’est l'élaboration de l'acier sans passer par la fonte; La matière première est constituée par de la ferraille; On fait appel aux fours électriquesfours électriques

90 Four électrique

91 Le four électrique permet d'effectuer un affinage très poussé. Le chauffage est assuré par un arc électrique entre des électrodes de carbone et les matières placées dans le four. Après fusion, on effectue l'affinage par l'intermédiaire de plusieurs laitiers. On procède lors de la phase finale aux adjonctions nécessaires à l'obtention du type d'acier désiré

92 La Coulée On distingue: La coulée en lingotières; La coulée continue. La coulée continue.

93 Mise en forme Il s’agit, en général d’obtenir à partir de l'acier se présentant sous forme de : brames, Lingots, blooms, billettes, ronds. des produits finis sous forme de: tiges, tuyaux, rails de chemins de fer, pièces en T, poutrelles, etc. Par une opération de laminagelaminage

94 La coulée en lingotières

95 Les lingotières sont en fonte et peuvent avoir des formes et sections variables), Le poids du lingot varie, en général, de 6 à 8 tonnes. L'extraction des lingots solidifiés est facilitée par: l'inclinaison donnée aux parois, La lubrification des parois intérieures (aluminium en poudre).

96 La coulée continue l'acier est coulé dans une lingotière spéciale appelée Coulée Continue. solidification de l'acier sous forme d'une longue bande ininterrompue Découpage au chalumeaux de façon à donner des brames. parallélépipède d'acier: - (10x1.5x0.2) m 3 - (10x1.5x0.2) m 3 - 5 tonnes - 5 tonnes

97 Laminage Modification des lingots par des opérations successives de laminage.

98 laminage Rouleaux de laminoirs rainurés pour formes particulières: rails de chemins de fer; Poutrelles; etc.

99 laminage Train de laminoirs laminoir dégrossisseur. laminoirs de finissage qui réduisent à une section correcte.

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102 Aciers ordinaires Nuance Pourcentage de carbone (C) Charge de rupture en hbar (P) état recuit Emplois extra doux C < 0,1533< P <42tôles pour carrosserie, pièces de forge doux0,15 <C 0,2037< P <46 charpente métallique, profilés, construction mécanique courante, boulons, fils ordinaires demi doux 0,20 <C< 0,3048< P <55 pièces de machines pour applications mécaniques, pièces ou bâtis moulés, pièces forgées demi dur 0,30 <C< 0,4055< P < 65 petit outillage, éléments de machines agricoles, organes de transmission dur0,40 <C< 0,6065< P < 75 pièces d'outillage, d'armement, glissières, rails et bandages, ressorts, coutellerie, pièces moulées et traitées extra dur 0,60 < C75 < Poutils d'usinage et découpe, câbles, ressorts

103 Éléments utilisés dans la fabrication des aciers

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105 Les différents types d’acier Les aciers ordinaires ou aciers au carbone non alliés: Les aciers ordinaires ou aciers au carbone non alliés: aciers standard improprement appelés aciers au carbone. Les aciers alliés ou aciers spéciaux Ils contiennent des éléments ou composants en plus du carboneéléments ou composants On distingue les aciers: fortement alliés; fortement alliés; faiblement alliés faiblement alliés Quelques caractéristiques

106 III-DESIGNATION DES ACIERS Aciers d’usage courant Valeur minimale de la limite élastique en MPa Symbole pour aciers d’usage général S 235E 295 Symbole pour aciers de construction ; GE 295 pour un acier moulé Valeur minimale de la limite élastique en MPa Aciers non alliés (« Aciers au carbone ») Lettre (S, E, etc.) suivie de la limite élastique à la traction Re en MPa ou N/mm2. S’il s’agit d’un acier moulé la désignation est précédée de la lettre G. Exemple : GE 335, GS 235, etc. Propriétés spécifiées : ténacité, formabilité, grosseur de grain...

107 La plupart sont disponibles sous forme de laminés marchands (profilés, poutrelles, barres, tôles...) aux dimensions normalisées. Certains sont proposés en semi-fini :

108 Applications (construction soudée, formage à froid ou à chaud, emboutissage, étirage, laminage, pliage...): carrosseries, fers et profilés pour le bâtiment, construction navale,, trains, chaudronnerie, ameublement, électroménager, biens de consommation...

109 Aciers non alliés C 40 Symbole acier non allié La désignation est précédée de la lettre G pour un acier moulé Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée par 100, soit 0,4% de carbone Teneur en manganèse <1% Aciers spéciaux, non alliés, de type C une plus grande pureté et des éléments d’addition en très faible quantité (Mn < 1 % ; Cr + Ni + Mo < 0,63 %). Lettre C suivie du pourcentage de carbone multiplié par 100 plus au besoin des indications complémentaires (E = teneur en souffre, C = formage à froid, S = ressort, D = tréfilage...). Exemple : GC 35 E (0,35 % de carbone, G = acier moulé, E = teneur maxi en souffre).

110 Principales nuances normalisées -Aciers à faible teneur en carbone (< 0,3 %) : ils sont réservés aux traitements de surface (catégorie des aciers “doux “). -Aciers à teneur moyenne en carbone (0,3 à 0,5 %) : ils sont utilisés pour les trempes et les revenus, dans le cas d’applications exigeant une plus grande résistance et une certaine tenue à l’usure (catégorie des aciers” mi-dur “). Applications : pièces moulées et forgées, arbres, axes, engrenages, visserie... Aciers à haute teneur en carbone (> 0,5 %) : ils sont employés pour des applications exigeant : grandes duretés, hautes résistances, tenue à l’usure. Ils ont tendance aux déformations après trempe. Ils perdent leurs propriétés aux hautes températures. Ne durcissant pas en profondeur ils sont surtout utilisés pour des pièces « petites » en volume, ou minces. Exemples de nuances : C 55 (XC 55) ; C 60 ; C 65 ; C 70 ; C 80 (XC 80).

111 Les aciers alliés Les aciers au nickel (2 à 40%) : Trempe et résistance à la corrosion Les aciers au chrome (1 à 25%) : résistance à la rupture à 4% de chrome, l'alliage peut être utilisé comme aciers à outils ou à roulements. Si l'acier contient entre 10% et 20% de chrome, il devient inoxydable aux agents corrosifs et aux oxydants industriels. Les aciers au manganèse : bonne résistance à l'usure Les aciers à l'étain "fer blanc" : grande résistance à la corrosion, non-toxicité et apparence plaisante Autres aciers Aciers au silicium pour les ressorts; aciers au tungstène fabrication des aimants

112 Aucun éléments ou composants ne dépasse 5% Aciers faiblement alliés,

113 Aciers faiblement alliés 25 Cr Mo 10 - 20 Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée par 100, soit 0,25% Un ou plusieurs groupes de lettre qui sont les symboles des éléments d’addition rangés dans l’ordre des teneurs décroissantes, ici, Chrome (Cr) et Molybdène (Mo) Teneur en manganèse <1% Teneur de chaque élément d’alliage <5% Une suite de nombres rangés dans le même ordre que les éléments d’alliages, et indiquant le % de la teneur moyenne de chaque élément. Les teneurs sont multipliées par un coefficient variable en fonction des éléments d’alliage Coefficient multiplicateur Elément d’alliage Coef. Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4 Al, Be, Cu, Mo, Pb,Ta, Ti, V, Zr 10 Ce, N,P, S 100 B 1000

114 Aciers fortement alliés X 5 Cr Ni 18 - 10 Symbole acier fortement allié Teneur d’au moins un élément d’alliage ≥5% Eléments d’addition 0,05% de carbone Pourcentage réel de la teneur ; 18% Cr et 10% Ni

115 LES FONTES 1. Fontes à graphite lamellaire EN–GJL (ex. « FGL ») Les plus économiques, les plus utilisées, ce sont les fontes de moulage par excellence. Le carbone se présente sous forme de fines lamelles de graphite qui lui donne une couleur « grise ». Propriétés : bonne usinabilité grande résistance en compression et grandes capacités d’amortissement des vibrations. Applications : bâtis de machine, supports, carters, blocs-moteurs

116 Fontes À Graphite Lamellaire Symbole Valeur de la résistance minimale à la rupture Préfixe EN-GJL-300

117 2. Fontes à graphite sphéroïdal EN-GJS (ex. « FGS ») Ce sont les plus utilisées après les fontes à graphite lamellaire, obtenues par addition de petites quantités de magnésium juste avant moulage ; le graphite s’agglomère pendant le traitement sous forme de nodules ou sphères. Propriétés : ductilité, résilience et usinabilité. Applications : vilebrequins, arbres de transmission,tuyauteries...

118 Fontes À Graphite Sphéroïdal Symbole Valeur de la résistance minimale à la rupture Préfixe EN-GJS-300-22 Pourcentage de l’allongement après la rupture

119 3. Fontes malléables EN-GJMW et GJMB (ex « FMB et FMN ») Elles sont obtenues par malléabilisation de la fonte blanche– sorte de recuit – et ont des propriétés mécaniques voisines de celles de l’acier. Elles peuvent être moulées en faibles épaisseurs et sont facilement usinables. Applications : carters, boîtiers...

120 Fontes Malléables Symbole Valeur de la résistance minimale à la rupture Préfixe EN-GJM-350-4 Pourcentage de l’allongement après la rupture GJMW : à cœur blanc GJMB : à coeur noir

121 4. Autres familles Fontes blanches (FB) : à base de perlite et de cémentite (carbures Fe3C), elles sont très dures, fragiles, résistantes aux frottements, à l’abrasion et aux températures élevées. Difficiles à usiner, les applications sont limitées. Fontes alliées : elles peuvent être à graphite lamellaire, sphéroïdal ou blanches (EN–GJN) et sont destinées à des usages particuliers. Principaux éléments d’addition : nickel, cuivre, chrome, molybdène et vanadium. Ces éléments contrôlent plus ou moins la formation du graphite et développent des propriétés particulières.

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123 Exercices : Expliciter les symbolisations suivantes : EN-GJS-400-18 : X6 Cr Ni Mo Ti 17-12 S 235 C35 20MnCr5 EN-GJS-HB 230

124 IV-ELABORATION DE L’Aliminuim

125 Élaboration du Cuivre À l'état natif, le cuivre se trouve principalement sous forme de sulfure (chalcopyrite CuFeS2). Les minerais contiennent assez peu de cuivre (moins de 5 %) mais contiennent d'autres métaux, en particulier du fer et des métaux précieux (argent, or, platine), parfois du nickel et du cobalt, qui en sont également extraits.

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127 ELABORATION DU ZINC

128 L’Aluminium et Ses Alliages NF EN 1780, NF EN 573

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130 Les Alliages d’Aluminium Moulés Désignation numérique NF EN 1780-1 Préfixe Symbole alliage d’aluminium moulé EN- AB- 4 Désignation numérique, exemple : 2 Elément principal d’addition Groupe d’alliage: 21: Al Cu 41 : Al SiMgTi 42 : Al Si7Mg 43 : Al Si10Mg 44 : Al Si 45 : Al Si5Cu 46 : Al Si9Cu 47 : Al Si(Cu) 48 : Al SiCuNiMg 51 : Al Mg 71 : Al ZnMg

131 Les Alliages d’Aluminium Moulés Désignation symbolique Préfixe A : Symbole de l’aluminium C : pièce moulée Si B : lingot pour refusion EN- AB - Al Désignation symbolique, exemple : Symboles chimiques des éléments d’alliage suivis de nombre indiquant leur teneur dans l’alliage, soit, ici : 7 % de silicium et du magnésium Si 7 Mg NF EN 1780-2 et -3

132 Les Alliages d’ Aluminium Corroyés – Désignation numérique Préfixe 4 Chiffres représentant la composition chimique, ici, alliage d’aluminium- magnésium EN- AW- 5051 Désignation numérique, exemple : A : Symbole alliage d’aluminium W : corroyé

133 Les Alliages d’ Aluminium Corroyés – Désignation symbolique Préfixe Symboles chimiques des éléments d’alliage suivis de leurs porcentages d’alliage, soit, ici : 4 % de cuivre et q.q. traces de magnésium EN- AW- AlCu4Mg Désignation symbolique, exemple : A : Symbole alliage d’aluminium W : corroyé

134 Les Alliages de Cuivre Désignation symbolique, exemple : Symbole du cuivre Symbole de l’ élément d’addition avec sa teneur en pourcentage, ici : Zinc 36 % CuZn 36Pb 2 Symbole de l’ élément d’addition avec sa teneur en pourcentage, ici : Plomb 2 % Teneur d’au moins un élément d’alliage  1%

135 Les Alliages de Cuivres les plus courants Cuivre + Zinc = Laiton Cuivre + Etain = Bronze Cuivre + Aluminium = Cupro-Aluminium Cuivre + Nickel + Zinc = Maillechort Cuivre + Nickel = Cupronickel

136 Comportement électrique Type de matériau Conducteur Alliages ferreux Aluminium Cuivre Or Semi- Conducteur Silicium pur Isolant Polystyrène Nylon Verre Retour Sommaire :

137 Comportement thermique Type de matériau Conducteur Alliages ferreux Aluminium Cuivre Isolant Laine de verre Béton cellulaire Nylon Verre Bois Retour Sommaire :

138 Désignation des matériaux plastiques

139 CHAPITRE 4: TRAITEMENT THERMIQUE

140 I-Traitement thermique II-Traitement de surface III-Critères de choix d’un matériaux

141 I-Traitement thermique :  modifie la structure interne d’un acier, influençant les propriétés mécaniques et certaine propriétés physiques et chimiques.  But : conférer aux produits métalliques les propriétés nécessaires pour leurs transformation, leurs mises en œuvre ou leurs utilisation.  Procédé métallurgique fondamental !

142 1-La trempe :  Consiste à chauffer l’acier à une température légèrement supérieure à la température de transformation et à refroidir celui-ci très rapidement. La trempe peut suivant la composition de l’acier s’effectuer à l’air, dans l’huile, …  Nécessité : augmenter la dureté et la résistance de l’acier, ainsi que de conserver à froid la structure obtenue à haute T°. Diminue la résilience

143 2-Le revenu :  se pratique après une trempe. La méthode consiste à chauffer la pièce à une température inférieure à celle de la trempe, température déterminée en fonction du type de matériau, et de refroidir cette pièce plus ou moins lentement.  Nécessité :atténuation en partie ou en totalité des effets de la trempe.

144 3-Le recuit :  consiste à réchauffer un acier jusqu’ à sa T° de transformation la plus élevée et le laisser refroidir lentement.  Nécessité : permettre à l’ acier de reprendre son état stable d’avant un traitement thermique ou mécanique.

145 Le recuit se fait après un traitement mécanique, une opération de soudage, etc. afin de rendre plus homogène le matériau et lui rendre une partie de ses propriétés antérieures.

146 II-Traitement de surface Les traitements de surface sont utilisés pour modifier les caractéristiques de la surface d’une pièce dans le but de lui donner des qualités nouvelles : améliorer les propriétés mécaniques (dureté, frottement, résistance à l’usure, au grippage, à la fatigue...), la résistance à la corrosion, l’esthétique et certains comportements (conductivité électrique, conduction de la chaleur)

147 Traitements thermochimiques 1) Cémentation Traitement le plus classique, il consiste en un apport de carbone dans la surface de la pièce, suivi d’un durcissement par trempe. Pendant le traitement, la pièce est maintenue en contact avec un corps, solide, liquide ou gazeux, riche en carbone. L’enrichissement de la surface en carbone rend possible la trempe des aciers utilisés, non trempables au départ. Duretés atteintes : 800 à 850 HV.

148 2)Nitruration :  consistant à faire absorber de l’ azote à certains aciers. Dans un four chauffé, les aciers sont en contact avec un gaz d’ ammoniac. Après absorption de l’ azote contenu dans le gaz, un durcissement se crée en surface de l’ acier.  Nécessité : créer une couche de faible épaisseur de fer-azote afin d’obtenir un durcissement périphérique de l’ acier sans modifier les couches inférieures de l’ acier.

149 3)Carbonitruration Le traitement est un mélange de cémentation et de nitruration. Il y a apport, en surface, de carbone et d’azote par chauffage dans une atmosphère gazeuse, entre 600 et 900 °C. L’opération est généralement suivie par une trempe, parfois par un refroidissement lent avec15% d’ammoniaque, la trempe n’est pas nécessaire ; elle l’est avec 1 %. Duretés atteintes : 900 à 950 HV.

150 4)Galvanisation :  principe consistant à recouvrir l’ acier d’ une couche de zinc protectrice. Plusieurs méthodes sont possibles : oxydo-réduction, bain, dépôt de poudre de zinc chaude, projection de zinc fondu au pistolet.  Nécessité : protéger l’ acier contre la corrosion.

151 III-Critères de choix d’un matériaux

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154 Conclusion Choix d’un matériau Le choix d’un matériau dépend de plusieurs critères : - Caractéristiques mécaniques : limite élastique, masse, dureté, résilience … - Caractéristiques physico-chimiques : comportement à la corrosion, vieillissement - Caractéristiques de mise en oeuvre : usinabilité, soudabilité, trempabilité … - Caractéristiques économiques : prix, disponibilité, expérience industrielle