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ISSN 2347-3487 2762 | P a g e A u g u s t 3 0 , 2 0 1 5 INFLUENCE DU TRAITEMENT

ISSN 2347-3487 2762 | P a g e A u g u s t 3 0 , 2 0 1 5 INFLUENCE DU TRAITEMENT THERMIQUE ET MÉCANIQUE SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES ET STRUCTURALES DES ACIERS AU MANGANÈSE MOULÉS. O. Ben Lenda1, F.Sabir1, S. Elhamzi1, H. Gziri2 , A. Ibnlfassi1, L. Zerrouk1, E. Saad1 1 Université Hassan 1er, faculté des sciences et techniques de Settat, Laboratoire Physico-chimie des procédés et des Matériaux, Maroc. 2 Université Hassan 1er, faculté des sciences et techniques de Settat, Laboratoire Ingénierie Mécanique, Management Industriel et Innovation, Maroc. ABSTRACT Molded Steel with manganese have approximately 1,2% C and 12% Mn, this high proportion of manganese gives to this alloy a stable austenitic structure on a room temperature. The experimental methods used for metallurgical studies are spark optical emission spectroscopy, optical microscopy, scanning electron microscopy, micro-hardness and hardnesss test. Steel 1 is heat-treated constitued by 15,516 % of manganese, 2,677 % of chromuim and 1,286 % of carbon. Steel 2 is mechanically treated contains 13,454 % of manganese, 1,721 % of chromuim and 1,213 % of carbon . Steel 1 has sustained quench at 1070°C, for two differents maintaining times on oven 30 and 50 minutes for a thickness of 150 millimeters then for two differents thickness 100 and 150 millimeters for a time of 50 minutes. When maintaining time on the oven increase for low dimension, surface’s alloy become more ductile. We have applied a mechanical treatement manually on steel 2 surface, his hardness increase significantly. RESUME L'acier moulé au manganèse contient environ 1,2% C (% en poids) et 12% Mn, ce taux élevé de manganèse confère à cet alliage une structure austénitique stable à une température ambiante. Les méthodes utilisées pour l’étude métallurgique sont spectrométrie d'émission à étincelle, microscopie optique, microscopie électronique à balayage, essai de dureté et micro-dureté. L’acier 1 traité thermiquement est constitué essentiellement de 15,516 % du manganèse, 2,677 % du chrome et du 1,286 % du carbone. L’acier 2 traité mécaniquement contient 13,454 % du manganèse, 1,721 % du chrome et 1,213 % du carbone. L’acier 1 a subi une hypertrempe à 1070°C, pour deux temps de maintien au fours différents 30 et 50 minutes pour une épaisseur de 150 millimètres puis à 50 minutes pour les deux épaisseurs différents 150 et 100 millimètres. Plus le temps de maintien augmente pour des faibles dimensions plus la surface devient ductile. Pour l’acier 2, un traitement mécanique est appliqué manuellement sur la surface qui devient dure. Indexing terms/Keywords Molded Steel With Manganese; Heat Treatement; Mechanical Treatement; Mechanical And Chemical Properties. Council for Innovative Research Peer Review Research Publishing System Journal: JOURNAL OF ADVANCES IN PHYSICS Vol. 10 , No. 2 www.cirjap.com, japeditor@gmail.com ISSN 2347-3487 2763 | P a g e A u g u s t 3 0 , 2 0 1 5 1. INTRODUCTION L’acier au manganèse inventé par Sir Robert Hadfield en 1882 contient environ 1,2% C et 12% Mn, il a une structure cubique à face centré [1]. Ce type d’acier combine une ductilité et une dureté élevée avec une bonne résistance à l’usure [2] .Le carbone encourage le durcissement de l’alliage par précipitation et le manganèse améliore les propriétés mécaniques à des températures élevées [3]. L’acier austénitique au manganèse est encore largement utilisé, avec de légères modifications dans la composition. Des travaux récents ont proposé qu’une augmentation des proportions du Manganèse entre 5 et 10% et du carbone entre 0.1 à 0.2% conduise à une amélioration des propriétés mécaniques [4-7]. Les aciers au manganèse sont très utilisés dans les fonderies marocaines. Néanmoins, ils ne peuvent pas être utilisés à l’état brut de coulée à cause de la présence d’excès des carbures du manganèse et du chrome qui les fragilisent ; en effet, la précipitation des carbures aux joints de grains favorise la propagation de microfissures. L’objectif de cette étude est de traiter ces types d’acier par voie thermique et mécanique afin d’avoir un acier qui serait adéquats à plusieurs applications industrielles. Dans ce travail, nous avons réalisé une caractérisation de ces aciers, nous avons étudié par la suite l’influence du traitement thermique et mécanique sur leurs propriétés. Des traitements thermiques d’hypertrempe ont été effectués sur l’acier 1 à une température de 1070°C. A travers ces traitements, nous avons mis en évidence l’influence des facteurs temps de maintien dans le four et la dimension de la pièce sur la solubilité des carbures. L’acier 2 a subi un écrouissage par traitement mécanique en appliquant des forces naturelles sur la surface. 2. METHODES EXPERIMENTALES : 2.1. Elaboration des Alliages : Les alliages qui seront l’objet de l’étude métallurgique sont des aciers au manganèse. L’acier 1 est constitué essentiellement de 15,516 % du manganèse, 2,677 % du chrome et du 1,286 % du carbone. L’acier 2 contient 13,454 % du manganèse, 1,721 % du chrome et 1,213 % du carbone. Nos alliages sont élaborés comme suit : les éléments sont fondus dans un four à arc électrique muni d'électrodes au carbone à une température presque égale 1500 °C [8]. L’acier brut , avant d’être coulé dans des moules, il est affiné afin d’ajuster la composition chimique en ajoutant des éléments (Manganèse, Chrome, Silicium, Cuivre, Nickel , Phosphore, Vanadium, Tungstène, Molybdène, Cobalt, Niobium, Soufre, Aluminium, Titane) pour former les deux nuances. 2.2. La Spectrométrie d'Emission Optique: La spectrométrie d'émission optique par étincelage est la technique utilisée pour déterminer la composition chimique d’alliage qui est basée sur l'analyse temporelle du spectre de rayonnement optique émis par l'échantillon lorsqu'il est soumis à une décharge électrique pulsée à haute fréquence. Le spectromètre d'émission à étincelle utilisé de marque JOBIN YVON METALYS. La préparation des échantillons a été faite par une surfaceuse à disque car ils doivent être plats et exempts de défauts. 2.3. Microscopie Optique et Microscopie Electronique à Balayage: L’hypertrempe consiste à un refroidissement à l’eau à partir d’une température comprise entre 1050 à 1100°C afin d’éviter la formation de martensite ; les traitements thermiques ont été fait à 1070°C. A cette température, les propriétés mécaniques et chimiques des aciers changent car le carbone et les autres éléments d'alliage diffusent dans la masse de fer. Nous avons fixé l’acier 2 posé sur un étau à l'aide d'une pince puis des forces successives manuelles ont été appliquées sur la surface de cet échantillon à l’aide d’un marteau, à température ambiante. La déformation plastique d’un matériau cristallin modifie ses propriétés de par son influence sur sa structure interne, ces évolutions de propriétés et de microstructure est appelé écrouissage. Afin de déceler ces changements au niveau de la structure, nous avons fait recours à la microscopie optique et la microscopie électronique à balayage. L’analyse micrographique nécessite dans le cas des aciers au manganèse, une attaque chimique faite par un réactif de solution alcoolique nitrique (Nital) composé de 5 ml d’acide nitrique dans 100 ml d’éthanol pur. 2.4. Dureté Et Micro-Dureté : Les essais de dureté sont effectués par la méthode de BRINELL, à l’aide d’un durométre universelle. Le pénétrateur est de type bille d’acier de 1,59 mm de diamètre soumis à une charge de 980 N. L’essai de micro-dureté Vickers à l’aide d’un micro-duromètre, en utilisant un pénétrateur en diamant de base carrée et d'angle au sommet entre faces égal à 136° charge de 10 N. ISSN 2347-3487 2764 | P a g e A u g u s t 3 0 , 2 0 1 5 Chaque mesure correspond à la moyenne de 5 prises bien réparties sur la section plane. Les sections sont obtenues par sciage puis dégrossissage, polissage et une finition en utilisant des abrasifs de plus en plus fin, tournant autour d’un axe fixe avec une lubrification en eau afin d’éviter un échauffement qui pourra causer un changement de structure. 3. Résultats et discussions : 3.1. Analyse de la Composition Chimique des Alliages : 3.1.1. Analyse de la Composition Chimique de l’Acier 1 : Les résultats de l’analyse de la composition chimique de l’acier 1 fournies par le spectromètre d'émission à étincelle sont présentés dans le tableau 1 : Tableau 1. Composition chimique de l’acier 1. ELEMENTS CONCENTRATION (%) Fer 77,785 Manganèse 15,516 Chrome 2,677 Carbone 1,286 Silicium 0,489 1 Cuivre 0,513 Nickel 0,819 Phosphore 0,103 Vanadium 0,109 Tungstène 0,163 Molybdène 0,086 Cobalt 0,159 Niobium 0,043 Soufre 0,043 Aluminium 0,03 Titane 58,300 ppm D’après la norme NF A 32-058, l’analyse de la composition chimique d’acier 1 a révélé qu’elle est proche de celle de l’acier austénitique au manganèse de nuance Z 120 MC 17 2-M (GX 120 MnCr 17 2). 3.1.2. Analyse de la composition chimique de l’acier 2 : L’analyse par spectrométrie d'émission optique par étincelage de l’acier 2 a révélé qu’il est constitué des éléments cité dans le tableau 2 : ISSN 2347-3487 2765 | P a g e A u g u s t 3 0 , 2 0 1 5 Tableau 2. Composition chimique de l’acier 2. ELEMENTS CONCENTRATION (%) Fer 81,527 Manganèse 13,454 Chrome 1,721 Carbone 1,213 Silicium 0,743 Cuivre 0,306 Nickel 0,505 Phosphore 0,097 Vanadium 0,066 Tungstène 0,143 Molybdène 0,056 uploads/s3/ influence-du-traitement-thermique-et-mecanique-sur-les-aciers-au-manganese.pdf