1.1.1 Matériau de la pièce : Acier 42CrMo4
L’étude expérimentale de la coupe orthogonale a été réalisée sur l’acier CrMo . Ce dernier fait partie
des aciers de construction faiblement alliés au chrome et molybdène. Cette nuance d’acier appartient à la
catégorie des aciers trempés revenus.
Dans un premier temps, une analyse spectrométrique a été réalisée sur ce matériau. Elle permet de vérifier
la composition chimique. Cette analyse est réalisée à l’aide d’un spectromètre à étincelle, sur un échantillon
d’acier « brut» dans lequel les éprouvettes d’essais ont été usinées. Les résultats de l’analyse sont résumés
dans le Tab II.1.
Tableau II.1 : Composition chimique de l’acier CrMo .
% en masse %C %Cr %Mo %S %Mn %Si %Al
Valeur mesurée 0.472 1.057 0.213 0,029 0.715 0.290 0.042 Valeur AFNOR 0.38-045 0.90-1.20 0.15-0.30 ≤ 0,035 0,60 - 0,90 0.40 Maxi 0.04 Le choix de cet acier a été effectué grâce à la présence initiale d’inclusions non métalliques jugées
responsables de l’usure par abrasion des outils de coupe. En effet, les aciers de construction dont le
CrMo sont connus pour contenir entre autres des inclusions non métalliques d’oxydes (alumines) [61, 113].
Inclusions non-métalliques
Figure II.1 : Micrographies montrant les inclusions non-métalliques spots noirs initialement présentes dans l’acier 42CrMo4.
Le pourcentage massique d’aluminium dans l’acier CrMo montre que ce dernier a été désoxydé au cours de sa fabrication donnant naissance à des oxydes résiduels d’origine inclusionnaire. La Figure II.1
regroupe des micrographies de la surface brute de l’acier. Les spots noirs représentent des inclusions non
-métalliques initialement piégées dans le CrMo . La nature de ces inclusions est identifiée en détail dans le chapitre 4.
Les pièces à usiner sont fournies sous forme de barres de diamètre 100 mm et longueur 200 mm ayant subi un traitement thermique selon la norme NF EN 10083. Suivant le taux de refroidissement lors de la trempe,
l’acier peut subir plusieurs transformations de la microstructure (austénite, ferrite, perlite, bainite, martensite) comme le montre la Fig II.2.
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Figure II.2 : Diagramme de transformation en refroidissement continu TRC de l’acier 42CrMo4. � désigne la phase
d’austénite, � la phase de bainite, � la phase de ferrite, � à la phase de perlite et M à la phase de Martensite. -(Source
ThyssenKrupp).
Les caractéristiques mécaniques et thermiques issues du fournisseur d’acier sont données dans le Tab II.2.
Tableau II.2 : Caractéristiques thermique et mécanique de l’acier 42CrMo4. (Source IMS France)
Acier CrMo
Etat thermique : Trempé revenu
Limite d’élasticité� . N mm⁄ 650
Résistance à la traction � N mm⁄ 900-1100
Allongement à la rupture � % 12
Module d’élasticité � G�a 202
Coefficient de poisson (-) 0.3
Densité (�g mm⁄ ) 7.8
L’examen par microscopie optique et mesures de dureté permet d’identifier finalement le type de
microstructure de l’acier de notre étude. Afin d’observer la microstructure, les échantillons ont subi un
polissage à m puis une attaque chimique avec une solution de Nital à 2%5.
Figure II.3 : Microstructure bainito-martensitique de l’acier 42CrMo4 avec une taille de grain > μm.
5Le nital à 2% est un mélange de 2% d’acide nitrique et 98% d’éthanol. Selon la norme NF A05-150, la solution de nital à 2% est la solution la plus approprièe pour mettre en évidence les phases et les joints de grains.
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La micrographie optique de la Fig II.3 montre que le CrMo possède une microstructure de type
bainito-martensitique caractéristique d’un acier trempé revenu. La taille de grain semble proche de m. Pour
confirmer le type de microstructure, une analyse de micro dureté Vickers a été réalisée. Pour cela une charge de 30 kgf6 HV30 a été utilisée. Le pénétrateur Vickers est un diamant taillé en forme de pointe pyramidale
à base carrée d’angle 136° entre ses faces. Des indentations, dont les résultats sont donnés sur la Fig II.4
ont été réalisées sur un disque de CrMo et répétées 3 fois. D’après la Fig II.4 la distribution des duretés
semblent être aléatoire et aucune tendance permettant d’expliquer une quelconque évolution de la dureté
en fonction du diamètre n’est à noter. La dureté moyenne mesurée est de . �Vet l’étendue moyenne
de la distribution est de l’ordre de . �V.
260 270 280 290 300 310 320 330 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 D u re té V ic ke rs H V 3 0 Diamètre (mm)
Figure II.4 : Résultats des mesures des duretés Vickers en fonction du diamètre de l’éprouvette
D’après les Figs II.4 et II.3, ainsi que la dureté trouvée ( . �V), on peut affirmer que cet acier possède
une microstructure bainito-martensitique.
1.1.2 Matériau de l’outil de coupe
Les plaquettes utilisées dans les essais d’usinage ont été fournies par le partenaire et fabricant
d’outils �vatec �oo s®. Leur géométrie est illustrée en II.5
3, 5 mm 5,1 mm 4,4 mm 7° 6,1 mm 5,5 mm
Figure II.5 : Plaquette WC-9%Co de désignation 151 MT6 fournie par le fabricant d’outils EVATEC TOOLS.
De désignation M� et de nuance MG , elles sont en carbure de tungstène fritté avec un liant cobalt (WC-9%Co). Les outils non revêtus et sans brise-copeaux sont montées dans un porte-outil comme le montrent les photos de la Fig II.6. L’outil et le porte-outil (Fig II.6 a) possèdent une forme géométrique similaire à celle des plaquettes de tronçonnage.
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Plaquette en carbure tungstène
WC-Co Porte outil
(a)
(b)
m
Figure II.6 : (a) Porte outil et (b) micrographie optique montrant le rayon d’arêterβ.
La microstructure de l’outil, illustrée par la Fig II.7 indique que la taille des grains WC est de l’ordre de
ν m. Les caractéristiques géométriques, mécaniques et thermiques de la plaquette sont résumées dans
le Tab II.3.
WC
Co
Figure II.7 : Microstructure du carbure de tungstène constituant l’outil de coupe utilisé
Tableau II.3 : Caractéristiques mécaniques et thermiques de la plaquette WC-Co. (Source Evatec Tools)
Plaquette : 151 MT6 MG125
Angle de coupe (°) 0
Angle de dépouille (°) 7
Rayon d’arête rβ ( m 25
Dureté Vickers (HV) 1550
Module d’élasticité � (GPa) 600
Conductivité thermique moyenne κ (�/m. �) 60-80
Densité (g/cm ) 14.95
Résistance à la compression � (MPa) 3500-7000