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1 Introduction générale La qualité de l’outil est directement lié à sa destinat

1 Introduction générale La qualité de l’outil est directement lié à sa destination et doit répondre à certaines propriétés telles que : stabilité de forme et de dimension, ténacité, l’endurance, résistance à l’usure, l’aptitude à la coupe, l’usinabilité et surtout une grande dureté, sont des propriétés parfois contradictoires entre lesquels il faut trouver un compromis satisfaisant. Les outils de découpage subissent des sollicitations mécaniques sévères dans leurs conditions de service. Pour les parties actives des outils de coupe, on retrouve toujours, à un degré plus ou moins marqué, les sollicitations suivantes : - contraintes de travail élevées, généralement en compression, - choc, - contacts avec glissement relatif outil-métal travaillé. Les outils de coupe sont soumis à trois modes d’endommagement qui sont : a) Rupture : elles peuvent être globales, elles entraînent alors la destruction totale de l’outil, ou locale (écaillage des arêtes). b) Usure : par usure, on entend uniquement l’enlèvement progressif de matière à la surface de l’outil. L’usure se produit préférentiellement dans les zones les plus chargées (arêtes par exemple) ou dans celles ou le glissement relatif outil-métal travaillé est important (faces latérales par exemple). De par ces conditions sévères de travail, les critères de sélection d’un matériau pour l’outil ne sont pas aisés. Ainsi, les propriétés des aciers pour travail à froid (aciers martensitiques revenus) sont assurées par des traitements thermiques particuliers. La raison essentielle des particularités rencontrées dans le traitement thermique des aciers à outils est leur teneur élevée en carbone et d’éléments d’alliage. Ceci entraîne deux ordres de difficultés : - les températures de chauffage nécessaires pour dissoudre le plus possible de carbures et obtenir une dureté plus grande, soit après trempe ou revenue, sont très élevées. - la conductibilité thermique est très faible ce qui implique l’existence de gradients de températures importants lors des chauffages et des refroidissements. Le critère déterminant pour l’outil est le maintien de la dureté et de la ténacité à la température atteinte dans sa partie active. Si cette température de service est relativement basse (≤150°C), on dit alors que les aciers travaillent à froid. Ces aciers se caractérisent par une très grande dureté supérieure ou égale à 55HRC à la température ambiante mais possèdent une faible dureté à chaud. Notre domaine d’intérêt est l’étude des outillages de découpe (poinçon matrice) de la tôle d’inox, à l’entreprise BCR de bordj mnail. La tenue en service de ces outils de découpe sera d’autant meilleure que les propriétés suivantes seront satisfaites : - une très grande dureté pour résister à la déformation par cisaillement du métal mis en œuvre - une bonne ténacité pour résister aux effets de chocs et pour éviter la rupture brutale ou les écaillages consécutifs. - une bonne résistance à l’usure, phénomène consécutif au frottement entre l’outil et le matériau découpé. Notre acier doit présenter donc un compromis entre la dureté nécessaire à la fois à la résistance à la déformation au cours de l’opération de cisaillement, et la résistance à l’usure et la ductilité utile pour résister à l’écaillage consécutif. En plus, il convient de ne pas perdre de vue que toujours la meilleure solution consiste à choisir l’acier offrant la plus grande économie globale. Celle-ci doit faire intervenir non seulement le prix d’achat, mais le bilan économique intégrant les coûts de mise en œuvre, tel que comme exemple l’usinage qui doit être réalisable dans les conditions techniques et économiques jugées les plus intéressantes. Or l’amélioration des performances des outils s’effectue par une amélioration de leur rendement L’acier X155CrVMo12.1 est actuellement le matériau employé a l’entreprise BCR pour la fabrication des poinçons et matrices. Les fortes teneurs en carbone et en chrome assurent à la fois une bonne capacité de trempe et une très grande résistance à l’usure. Cet acier peut être donc classé parmi les indéformables et parmi les aciers résistant à l’usure. Le but de ce travail consiste à l’étude de l’évolution de entre en fonction de la microstructure, propriétés mécaniques et d’usure en fonction des traitements thermiques et ce afin d’améliorer au mieux le comportement du matériau au cours du service permettant ainsi de porter des améliorations en terme de durée de vie. Afin d’atteindre cet objectif, différentes étapes ont été adoptées : Une recherche bibliographique présentée au premier chapitre qui a pour but de définir le cadre théorique de l’étude dont nous allons définir l’acier en étude point de vue métallurgique (composition chimique, propriétés mécanique et domaine d’utilisation) et son classement par rapport à d’autre acier à outils selon la norme DIN Un deuxième chapitre qui a comme objectif l’illustration des différentes méthodes expérimentables utilisées le long de cette étude Et le dernier chapitre sera consacré pour la présentation des résultats expérimentaux et leurs interprétations En fin une conclusion globale dont nous allons l’essentielle des points scientifique déduite par cette étude purement pratique Chapitre I 4 I.1/ Définition Les aciers à outils sont des aciers au carbone et alliés contenant plus de 0,5 % C. Ils sont caractérisés par : - Une dureté élevée (60 à 65) HRC. - Une grande résistance à l’usure. - Une forte résistance mécanique. Dans le cas général; ce sont des aciers hypereutectoïdes et lédéburitiques, dont la structure après trempe et revenu à basse température se compose de martensite et de carbures. Pour les outils qui demandent une ductilité relativement élevée (matrices de formage à chaud), on emploie des aciers hypoeutectoïdes. Après trempe et revenu à haute température, ils acquièrent une structure de sorbite[1]. I.2/ Propriétés générales dès l’acier a outil Par rapport aux aciers de construction mécanique les aciers à outils se diffèrent par leur conditions et domaine d’utilisations exigeant des critères d’emploi par fois contradictoire entre eux. Par exemple pour un acier à outils de qualité, on recherche l’optimum entre dureté et ténacité sans fixer de limite inférieure, alors que pour un acier de construction mécanique c’est une aptitude suffisante à l’emploi avec des caractéristiques spécifiques bien déterminées qui est privilégiée, comme la tenue à la fatigue, la résistance à la rupture brutale, l’aptitude à suivre un cycle thermomécanique au cours de la mise en œuvre et l’usinabilité. Par ailleurs, l’acier à outils est sollicité dans la plupart des cas au niveau de sa surface qui doit supporter les contraintes les plus sévères alors que les sollicitations d’un acier de construction mécanique intéressent le matériau dans son ensemble. La recherche de dureté explique la présence combinée de carbone, en premier lieu, mais également d’éléments d'addition favorisant la trempabilité (capacité d'obtenir une dureté homogène même sur de grosses sections). Ces éléments peuvent être carburigènes (générant des carbures dans la matrice) afin d'obtenir une résistance à l'usure ou une tenue à chaud. I.3/Classification des aciers a outils[1] On distingue actuellement quatre classes d’aciers à outils : - Classe 1 : aciers au carbone pour travail à froid. - Classe 2 : aciers alliés pour travail à froid. - Classe 3 : aciers pour travail à chaud - Classe 4 : aciers à coupe rapide I.3.1 / Aciers à outils de la classe 1 Ce sont des aciers au carbone destinés pour le travail à froid. Cette classe d’aciers est utilisée pour l’outillage à main. Les aciers au carbone doivent assurer, après trempe et revenu à basse température, une dureté élevée de l’arête tranchante des outils (60 à 65)HRC, nettement supérieure à celle du métal usiné, ainsi qu’une bonne tenue à l’usure pour conserver l’état de l’arête tranchante. La faible stabilité de I'austénite surfusionnée affaiblit la pénétration de trempe des aciers à outils au carbone. La pénétration de trempe totale lors du refroidissement à l’eau ne s’obtient que pour des dimensions inférieures à (10 à 12) mm des outils. C’est pourquoi les nuances contenant entre 0,5 et 1,2 % de carbone, s’emploient généralement pour des outils de petites dimensions (limes, forets aléseurs, …). Dans le cas où les outils subissent en service des charges dynamiques, il est recommandé d’utiliser des aciers hypoeutectoïdes et eutectoïdes traités thermiquement, de manière à obtenir une structure de type troostite. Pour les outils, (comme les fraises, tirets, scies, grattoirs, …), on emploie des aciers hypereutectoïdes (1 à 1,3) % C traités et à structure composée de martensite et de carbures. Les aciers au carbone présentent les avantages suivants : - Prix modéré. - Faible dureté et bon usinage à l’état recuit. - Bonne aptitude à la transformation à l’état recuit. Quelques nuances d’aciers à outils de la classe 1, avec des exemples d’applications, sont exposées dans le tableau ci-après. Tab 1 : d’aciers à outils de la classe 1 [1] I.3.2 /Aciers à outils de la classe 2 Ce sont les aciers à outils pour travail à froid. Les aciers à outils alliés pour travail à froid, de même que les aciers à outils au carbone ne sont pas très résistants, et de ce fait, sont employés pour la coupe des matériaux relativement doux et à de faibles vitesses de coupe, la température en service ne dépasse pas 2350°C. Les aciers à outils alliés au chrome, vanadium, molybdène, font preuve d’une grande stabilité de uploads/Finance/ k110-ou-x153crmov12.pdf