Aciers de décolletage

Les compositions des aciers de décolletage sont reportées dans le tableau suivant. Les teneurs des éléments sont exprimées en millièmes de %.

3 _{NF EN 10343, Aciers pour trempe et revenu pour usage de construction - Conditions techniques de}

Tableau 5 – Composition chimique indicative de l'Usimax D950 et du 44SMn28 étudiés. Repère C Mn P S Si Ni Cr Mo Cu 44SMn28 (référence) 400 - 480 1300 - 1700 < 60 240 - 330 < 400 44SMn28 452 1480 10 235 165 65 120 24 105 Usimax D950 455 1517 12 299 225 88 119 11 128

L’Usimax D950 se distingue du 44SMn28 à différents niveaux : sa composition chimique lui permet d’atteindre des caractéristiques mécaniques plus élevées, il contient plus de soufre (0,299 % contre 0,235 %) ce qui favorise la fragmentation du copeau, étend le domaine des vitesses de coupe utilisables et augmente la durée de vie notamment à basse vitesse de coupe. Il aura sans doute pour conséquence d’améliorer son usinabilité. Ainsi, on retiendra principalement que :

- La hausse de silicium contribue à améliorer les caractéristiques mécaniques : cet élément durcit considérablement la ferrite en tant qu’élément de substitution. En règle générale, une augmentation de 0,1 % de Si conduit à une hausse de 7 N.mm-2 _{pour la limite d’élasticité Re et}

10 à 15 N.mm-2 _{pour la résistance à la traction Rm (Cras, 1986). Il en est de même pour le}

cuivre.

- L’Usimax D950 contient également beaucoup plus de vanadium que le 44SMn28. Cet élément chimique donne naissance à des nitrures de vanadium ou des carbonitrures de vanadium selon la teneur en azote de l’acier. Une augmentation de la teneur en vanadium de 0,1 % conduit à une hausse de Re et Rm comprise entre 50 et 150 N.mm-2 _{selon la teneur en azote et la vitesse}

de refroidissement (Cras, 1986).

Il convient généralement de viser un rapport Mn / S > 3. On constate que cette règle est respectée pour ces 4 aciers.

3. C

Des mesures de dureté et des essais de traction ont été pratiqués à température ambiante dans le but de déterminer les caractéristiques mécaniques des quatre aciers étudiés.

3.1. Etats de livraison

Les quatre aciers étudiés sont élaborés en aciérie électrique. L’élaboration est suivie d’une mise à nuance en station d’affinage. Les aciers sont livrés sous forme de barres. Les barres sont issues de blooms produits par coulée continue. Les blooms sont transformés en billettes, elles-mêmes laminées. Aciers de construction mécanique : les deux coulées de C35 sont livrées sous forme de barres de Ø 130 mm. Elles ont subi un traitement de normalisation.

3.2. Mesures de duretés

 Aciers de construction mécanique

Des filiations de dureté ont été réalisées sur les deux coulées de C35. La structure de ces aciers nous a conduit à choisir des mesures de dureté de type HV30. Elles ont été réalisées sur les barres de Ø 130 mm, dans leur plan transversal. Les mesures ont été faites selon la norme EN ISO 6507-1, en utilisant un pénétrateur en diamant de forme pyramidale et en appliquant une charge de 30 kgf. Les mesures ont été mises en œuvre sur une machine de mesure de dureté semi-automatisée EMCO M4R. Les graphiques présentés ci-dessous représentent les filiations de dureté réalisées du bord vers le centre de la barre pour les deux coulées de C35. La distance entre chaque mesure est de 2 mm.

Figure 38 – Evolution des duretés du bord vers le centre de la barre pour les deux aciers C35. On constate que les valeurs de dureté varient tout au long de la filiation pour ces deux matériaux. Comme attendu après le traitement thermique de normalisation réalisé, les valeurs de dureté sont sensiblement les mêmes et relativement homogènes dans la partie de barre utilisée lors des essais d’usinage envisagés.

 Aciers de décolletage

Des filiations de dureté ont été réalisées sur le 44SMn28 et l’Usimax D950. Les structures de ces aciers nous ont conduits à choisir des mesures de dureté de type HV500g. Elles ont été réalisées sur les barres de Ø 42 mm, dans leur plan transversal. Les mesures ont été faites selon la norme EN ISO 6507- 1, en utilisant un pénétrateur en diamant de forme pyramidale et en appliquant une charge de 5 N. Les mesures ont été mises en œuvre sur une machine de mesure de dureté BUEHLER 1600.

Les graphiques suivants représentent les filiations de dureté réalisées de bord à bord de la barre pour le 44SMn28 et l’Usimax D950. La distance entre chaque mesure est de 1 mm.

100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Du re té H V 30 Distance (mm) Filiation de dureté C35 référence 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Du re té H V 30 Distance (mm) Filiation de dureté C35 à oxydes contrôlés

Figure 39 – Evolution des duretés de bord à bord de barre pour le 44SMn28 et l’Usimax D950.

Tableau 6 – Récapitulatif des mesures de dureté pour les aciers investigués.

Repère Profil Mini Maxi Moyenne Zone utile C35 référence Ø 130 mm 161 177 167 169 C35 à oxydes contrôlés Ø 130 mm 156 180 169 173 44SMn28 Ø 42 mm 203 240 221 218 Usimax D950 Ø 42 mm 260 311 288 277

On constate en revanche des différences entre les aciers de décolletage : l’Usimax D950 présente une dureté plus élevée, conséquence des différents traitements métallurgiques ayant augmenté ses caractéristiques mécaniques.

Les duretés des aciers C35 sont inférieures à celles des deux aciers de décolletage, principalement en raison du traitement de normalisation et ainsi que leur teneur en carbone plus faible.

3.3. Essais de traction

Des essais de traction ont été réalisés dans le but d’obtenir des informations supplémentaires sur les aciers investigués. La norme d’essai appliquée est la norme NF EN ISO 6892-1. La vitesse d’essai est de 10 mm.min-1_{. Ces essais ont été réalisés sur une machine de traction CADIS d’une capacité en}

traction de 250 kN. A chaque fois, trois éprouvettes de type TR01 ont été testées. L’éprouvette a un diamètre D = 10 mm, la longueur initiale L0 entre repères est de 50 mm (L0 = 5 x D). Les éprouvettes sont prélevées suivant la norme NF EN ISO 377. Cette norme indique que les éprouvettes doivent être prélevées à cœur si les barres ont un diamètre inférieur à 50 mm. En revanche, si le diamètre de barre est supérieur à 50 mm, les éprouvettes sont alors à prélever à mi-rayon, comme le montre la Figure 40.

100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 HV 500 g distance en mm Barre état brut de laminage

Ø 42 mm - 44SMn28 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 H V 500g distance en mm Barre état brut de laminage

Figure 40 – Prélèvement des éprouvettes. D’après NF EN ISO 377.

 Aciers de construction mécanique

Les barres de C35 ayant un diamètre de 130 mm, les éprouvettes ont été prélevées à mi-rayon.

 Aciers de décolletage

Concernant les deux aciers de décolletage, les essais de traction ont été réalisés sur éprouvettes TR01 usinées dans les barres à l’état brut de laminage de diamètre 42 mm. Les résultats indiqués dans le Tableau 7 expriment la moyenne des trois essais de traction.

Tableau 7 – Résultats des essais de traction.

Repère Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A% Z%

C35 référence

C35 à oxydes contrôlés 358 598 28,9 55,2

44SMn28 401 743 18,7 42,4

UMX D950 605 899 14,3 23,5

La tendance observée lors des essais de dureté est confirmée. Les aciers de décolletage présentent des caractéristiques mécaniques supérieures aux deux aciers de type C35, principalement en raison du traitement de normalisation effectué sur ces derniers.

On retrouve également la différence entre l’Usimax D950 et le 44SMn28, à imputer aux traitements métallurgiques effectués sur l’Usimax D950. On constate un écart d’environ 200 MPa pour la limite d’élasticité conventionnelle Rp0,2 et un écart d’environ 155 MPa au niveau de la résistance à la traction Rm.

Cette hausse générale des caractéristiques mécaniques passe malheureusement par des contreparties dont notamment une détérioration de ductilité (allongement et striction).

d/4

4. C

Une étude des compositions inclusionnaires de types sulfures et oxydes vient compléter le descriptif.