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PFA II 2015-2016 Remerciements Notre projet de fin d’année n’aurait pas été pos

PFA II 2015-2016 Remerciements Notre projet de fin d’année n’aurait pas été possible sans l’aimable appui de notre encadrant M. Jalel BRIKI. Nous le prions d’agréer nos sincères sentiments de gratitude et d’accepter nos remerciements les plus distingués pour nous avoir assistées durant la totalité de notre projet de fin d’année. Nous tenons aussi à exprimer nos vifs remerciements à tous les enseignants du département, spécialement, M. Ibrahim BEN FATHALLAH et M. Abdallah NASRI pour leurs tentatives d’aide en vue de trouver une solution au problème de découpage des boulets. I PFA II 2015-2016 Résumé En vue de produire le ciment, le clinker est écrasé dans des broyeurs par des boulets en aciers alliés traités. La caractérisation de ces boulets constituera l’objectif de notre travail. Des techniques expérimentales ont été appliquées afin de dégager l’influence de certains para- mètres sur les caractères mécaniques et métallurgiques de ces aciers. Mots clés : Acier à outils – chrome – traitement thermique – trempe – dureté Abstract In order to produce cement, clinker is smashed in mills by alloy-steel-balls. The characteriza- tion this ball mills will be the objective of our work. Experimental techniques have been applied to identify the influence of some parameters on the mechanical and metallurgical characteristics of these steels. Key words: Tool steel - chromium - heat treatment - tempering - hardness ملخص في إطار التحضير لصنع السمنت، يتم طحن الكلنكير في مطاحن بواسطة كرات فوليذية صلبة. تحديد خصائص هذه الكرات يندرج في إطار مشروعنا لختم السنة الدراسية. لذلك تم تطبيق بعض التقنيات التجريبية من أجل عرض بعض الخصائص الميكانيكية و المعدنية لهذا الفوليذ : صلبة- درجة الصلبة- المعالجة الحرارية- الكروم- أدوات الصلب كلمات مفاتيح II PFA II 2015-2016 Table des matières Liste des figures......................................................................................................................VII Liste des tableaux...................................................................................................................VIII Introduction générale..................................................................................................................1 Chapitre1 :...................................................................................................................................2 Etude bibliographique.................................................................................................................2 1.1. Introduction..................................................................................................................3 1.2. Les Broyeurs et les boulets de broyage...........................................................................3 1.2.1. Les Broyeurs..............................................................................................................3 1.2.2. Les Boulets de broyeurs................................................................................................3 1.2.2.1.Boulets en acier forgé..............................................................................................4 1.2.2.2. Boulets en acier fondu...........................................................................................4 1.2.2.3. Boulets en acier laminé..........................................................................................4 1.3. Les aciers à outils.............................................................................................................5 1.3.1. Composition chimique (éléments d’alliage)..............................................................5 1.3.2. Classification des aciers à outils................................................................................7 1.3.3. Traitements thermiques des aciers à outils................................................................9 1.4. Conclusion......................................................................................................................11 Chapitre 2 :................................................................................................................................12 Etude des différents paramètres influençant les caractères mécaniques et métallurgiques des boulets.......................................................................................................................................12 2.1. Introduction....................................................................................................................13 2. 2. Caractérisation de l’état de livraison.............................................................................13 2.3. Techniques expérimentales.............................................................................................15 2.3.1. Découpage...............................................................................................................15 2.3.2. Polissage..................................................................................................................16 III PFA II 2015-2016 2.3.3. Attaque micrographique..........................................................................................16 2.3.4. Micrographie optique..............................................................................................17 2.3.5. Microdureté.............................................................................................................18 2.4. Etude théorique..............................................................................................................19 2.4.1. Analyse de la structure brute...................................................................................19 2.4.2. Analyse de la structure traitée..................................................................................20 2.4.3. Trempabilité d’un acier............................................................................................22 2.5. Résultats expérimentaux................................................................................................22 2.5.1. Micrographie...........................................................................................................22 2.5.2. Microdureté.............................................................................................................26 2.5.3. Interprétation des résultats.......................................................................................29 2.6. Conclusion......................................................................................................................30 Conclusion générale..................................................................................................................31 Références bibliographiques.....................................................................................................32 Annexe 1 : Coupe isotherme du diagramme Fe-C-Cr de l’acier X210Cr12...........................33 Annexe 2 : Diagramme TTT de l’acier X210Cr12...................................................................34 Annexe 3 : Diagramme TRC de l’acier....................................................................................35 X210Cr12..................................................................................................................................35 Annexe 4 : Devis.......................................................................................................................36 Annexe5 :Bon de commande....................................................................................................37 Annexe6....................................................................................................................................38 IV PFA II 2015-2016 Liste des figures Figure1.2.1: schéma d'un broyeur à boulet………………………………………………...3 Figure2.2.1: Lot des boulets à 12%Cr……………………….......................................14 Figure2.2.2:Lot des boulets à 18 %Cr (brut)…………….............................................14 Figure2.2.3:Lot des boulets à 18 %Cr (traité)………………………………………...15 Figure2.3.1:Tronçonneuse…………………………………………………………...........16 Figure2.3.2: Polisseuse…………………………………………........................................17 Figure2.3.3:Microscope optique……………………………………..................................18 Figure2.3.5.1: Microduromètre Vickers……………….......................................................18 Figure2.3.5.2: Principe de dureté Vickers…………………………....................................19 Figure2.4.1: Coupe isotherme du diagramme Fe-C-Cr à 700°C……………………..........20 Figure2.4.2: Evolution structurale de l'acier lors de l'austénitisation……...........................22 Figure2.5.1.1: Micrographie à la surface brut à 12 %Cr (d=20m)…………………….22 Figure2.5.1.2: Micrographie au milieu brut à 12 %Cr (d=20mm) (X400)………….....23 Figure2.5.1.3: Micrographie d'une boule traitée (X400) ……………….............................24 Figure2.5.1.4: Micrographie à la surface brut à 12%Cr (d=30mm) (X100) …………..24 Figure 2.5.1.5: Micrographie au milieu brut à 12 % de Cr (d=30mm) (X400)....................26 Figure2.5.2.1: Profil de dureté au long du boulet brut de diamètre 20mm ……..................27 Figure2.5.2.2: Profil de dureté au long du boulet traité de diamètre 20mm………..............28 Figure2.2.2.3: Profil de dureté au long du boulet brut de diamètre 30mm............................28 V PFA II 2015-2016 Liste des tableaux Tableau 1.2.1: influence des éléments d'alliage sur les propriétés mécaniques d'un acier à outils............................................................................................................................................7 Tableau 2.2.1: état de livraison du lot des boulets à 12% de Cr...............................................14 Tableau 2.2.2: état de livraison du lot des boulets à 18% de Cr...............................................15 Tableau 2.5.2.1:tableau de la microdureté pour un boulet brut de diamètre 20 mm.................23 Tableau 2.5.2.2: tableau de la microdureté pour un boulet traité de 20mm de diamètre..........24 Tableau 2.5.2.3: tableau de la microdureté pour un boulet brut de 30mm de diamètre............25 VI PFA II 2015-2016 Introduction générale Dans le vaste domaine de la science des matériaux, l’étude des aciers à outils occupe une place prépondérante et privilégiée. En tant qu’aciers à outils pour travail à froid, les boulets des broyeurs font une partie inté- grante du domaine des aciers spéciaux, mais ils diffèrent sensiblement des aciers de construc- tion mécanique. En effet, dans le cas d’un outil, on recherche le maximum de dureté, sans fixer de limite supérieure, alors que l’acier de construction mécanique doit présenter une ap- titude suffisante à l’emploi avec des caractéristiques spécifiques bien déterminées à savoir la tenue en fatigue, la résistance à la rupture et l’aptitude à subir un cycle thermomécanique au cours de la mise en œuvre. Par ailleurs, l’outil 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 intéressent l’ensemble du matériau. De ce fait, ces aciers sont caractéri- sés par une dureté élevée, une bonne résistance à l’usure et une ténacité assez élevée. Dans ce cadre, la caractérisation des boulets des broyeurs constituera l’objectif de notre tra- vail. Des techniques expérimentales ont été appliquées afin de dégager l’influence de certains paramètres sur les propriétés mécaniques et métallurgiques de cet acier. Le plan de ce travail se décline de trois parties ; la première partie présente le thème et le cadre du travail. La deuxième partie traite les différentes techniques expérimentales appli- quées. Dans la troisième partie on traite l’analyse des résultats expérimentaux obtenus. 1 PFA II 2015-2016 Chapitre1 : Etude bibliographique 2 PFA II 2015-2016 1.1. Introduction Un outil finira par se fissurer et se rompre sous un nombre de coups d’autant plus réduit que la vitesse et la violence de frappe seront grandes. Des chocs de faible importance, répétés un nombre de fois suffisant, provoquent aussi la rupture. A vrai dire, un outil qui travaille en « état de fréquence » ne peut pas être garanti « incassable ». La solution de ce problème se trouve dans l’augmentation de la dureté et la résilience en- semble. L’acquisition simultanée de ces deux propriétés antagonistes n’est permise que par un traitement thermique méthodique. 1.2. Les Broyeurs et les boulets de broyage 1.2.1. Les Broyeurs Le broyeur est de plus en plus utilisé dans les industries de cimenterie. C’est un outil vital pour le broyage de matériaux concassés. Il est constitué par un tambour cylindrique rotatif autour de son axe horizontal. Le tambour est environ rempli au tiers de son volume par la charge broyante qui est constituée de boulets en acier dur. Sous l'emprise de la force centri- fuge, ces boulets sont entrainés en broyage du matériau en se heurtant et en se frottant dans un mouvement en cascade. [16] Figure 1.2.1: Schéma d’un broyeur à boulets [16] 1.2.2. Les Boulets de broyeurs Les boulets de broyeurs sont traités en vue d’optimiser leurs propriétés. Ils sont utilisés notamment dans l’industrie des cimenteries. Les boulets de broyage sont classés selon leur nature de mise en forme, on trouve : les boulets en acier forgé, les boulets en acier fondu et les boulets en acier laminé. 3 PFA II 2015-2016 1.2.2.1.Boulets en acier forgé Un boulet en acier forgé est une bille de broyage faite par forgeage à haute température, après avoir été chauffée à haute température, sans être fondue ou coulée. La teneur en chrome contenue dans des boulets en acier forgé est d'environ 0,1% à 0,5%, et la teneur en carbone est inférieure à 1,0%. Bien que la dureté de surface d’un boulet en acier forgé puisse atteindre 56 (HRC) et plus, sa dureté de centre reste généralement à 30 à cause de la faible trempabilité de ses matériaux. Dans des circonstances normales, un traitement de trempe est généralement adopté pour le forgeage des boulets en acier forgé, ce qui conduit à un taux élevé de concassage des billes forgées. En général, des boulets en acier forgé ont une dureté élevée, dureté de surface: 55-68 HRC, une haute résilience, plus de 12 J/cm2, un faible taux d’usure.[10] 1.2.2.2. Boulets en acier fondu Les boulets en acier fondu sont réalisés à partir de ferraille comme l'acier et le fer chauffé, fondre à fond par four électrique de fréquence intermédiaire avant d'ajouter un certain alliage de métal puis, couler du fer liquide dans le moule balle à une température au-delà de 1550°C. Parmi les caractéristiques des boulets en acier fondu: o Pas de déformation ; o Bonne résistance à l’usure ; o Aucune rupture ; Les boulets en acier fondu comprennent des boulets en acier fondu à haute chrome, des bou- lets en acier fondu à moyen chrome, des boulets en acier fondu à faible chrome.[10] Boulets en acier fondu à haute uploads/Geographie/ caracterisation-des-boulets-de-broyeurs.pdf