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Année: 2013 Faculté des Sciences de l’Ingéniorat Département de Métallurgie et

Année: 2013 Faculté des Sciences de l’Ingéniorat Département de Métallurgie et Génie des Matériaux THESE Présentée en vue de l’obtention du diplôme de : MAGISTER VVVVCC Fonderie Par Rabah BOUFAS Option Fonderie Par Rabah BOUFAS Directeur de thèse Salem CHABOUR Pr U.B.M.ANNABA Devant le jury Président du jury Mostefa BACCOUCHE Pr U.B.M.ANNABA Examinateurs Messaoud LEGOUERA Pr U. 20 AOÛT 1955 SKIKDA Abdenacer LEMMOUI MCA U.B.M.ANNABA Abdelmalek MEBAREK MCA U.B .M.ANNABA اﻟﻌﻠﻣﻲ اﻟﺑﺣث و اﻟﻌﺎﻟﻲ اﻟﺗﻌﻠﯾم وزارة République Algérienne Démocratique et Populaire ﻣﺨﺘﺎر ﺑﺎﺟﻲ ﺟﺎﻣﻌﺔ -ﻋﻨﺎﺑﺔ UNIVERSITE BADJI MOKHTAR- ANNABA Etude du défaut de fissuration des lingotières pour la coulée de la fonte en gueuse, ( MAC; ARCELOR-MITTAL, Annaba). Page 2 sur 73 DEDICACES Je dédie ce modeste travail à • Ma défunte mère que dieu le tout-puissant l'accueille en son vaste paradis. • Ma chère femme pour son affectation et sa tendresse et ses encouragements constants durant la période de préparation de ce travail. • Mes chers enfants Souhaib, Lina, Maria. • Mes frères Salah, Noureddine, le défunt Yazid que dieu le tout-puissant l'accueille en son vaste paradis. • A tous ceux qui m’aiment et que j’aime et que j’ai omis de les citer. • A mon directeur de mémoire qui m’a beaucoup soutenu. Page 3 sur 73 REMERCIEMENTS. Je tiens, en premier lieu et avant tous, à remercier pour m’avoir consacré un peu de son temps et avoir voulu présider le jury de soutenance, enseignant à l’université de Annaba Monsieur le Professeur BACCOUCHE Mostefa Directeur du Laboratoire de Métallurgie Physique et Propriétés des Matériaux Je remercie aussi pour avoir accepté d’être membre du jury et d’avoir examiné le contenu du mémoire Monsieur le Professeur LEGOUERA Messaoud Professeur à l’université de Skikda, aussi pour avoir rendu accessibles certains de nos résultats. Je dois remercier, pour avoir accepté d’être membre de jury et aussi pour le soutien moral dont il a toujours fait preuve pendant nos années d’étude Monsieur le Docteur LEMMOUI Abdenacer maitre de conférences et enseignant à l’université de Annaba. Je remercie pour avoir voulu participé à ma soutenance et accepter d’examiner mon mémoire Monsieur le Docteur MEBAREK Abdelmalek maitre de conférences et enseignant à l’université d’Annaba. Je remercie le directeur du mémoire Monsieur le Professeur CHABOUR Salem pour tous les efforts qu’il a fait afin que je puisse soutenir dans de bonnes conditions. Je ne dois pas oublier de remercier chaleureusement tous mes amis et collègues qui ont toujours été à mes cotés. Page 4 sur 73 Résumé. Les augets sont des moules métalliques qui à leur exploitation sont soumis à des alternances d’échauffement rapide et de refroidissement plus ou moins lents. Ils sont l’objet de dégradation par phénomène de fissuration et de rupture totale. L’examen de cet outil et du matériau avec lequel il est confectionné a mis en évidence des discontinuités de la matière soit en surface ou en volume. Les contraintes d’origine thermique estimées théoriquement en régime établi peuvent atteindre valeurs assez élevées. L’étude a permis de conclure à des recommandations tant au niveau du fabricant que de l’exploitant. Mots-clés : structure, lingotière, moule, contraintes thermiques, fontes. Summary. The "augets" are metal moulds in which their exploitation are subjected to alternations of rapidly heating and cooling more or less slow. They are object of degradation by phenomenon of cracking and total rupture. The examination of this tool and the material with which it is made highlighted discontinuities of the matter in their surface or their volume. The stress of thermal origin estimated theoretically in permanent state can reach rather high values. With this study it is possible to show recommendations as well on the level from the manufacturer as from the owner. Keywords: structure, ingot, mould, thermal stresses, cast iron. اﻟﻣﻠﺧص ﻋﺎﻟﯾﺔ ﺳﺧﺎﻧﺔ ﺣﺎﻟﺔ ﻓﻲ اﻟﻣﺳﺗﻌﻣﻠﺔ اﻟﻘواﻟب دراﺳﺔ ﻋﻠﻲ ﯾﺣﺗوى اﻟﻌﻣل ھذا ﻟﯾس ﺑﺳرﻋﺔ ﺑرودة ﺣﺎﻟﺔ ﯾﺗﺑﯨﻌﮭﺎ ﺻﻐﯾرة ﻟﯾس و ﻛﺑﯾرة. وھذا اﻟﺣراري اﻟﺗﻌﺎﻣل طرف ﻣن ﻟﺗﻛوﯾن ﯾﺟﻌﻠﮫ ﻣﺎ اﻟﻌﯾوب ﺎﺗﻲﺗ ﻟﺗﻛﺳﯾره ﺑﺎﻟﻛﺎﻣل. اﻧ اﯾﺿﺎ أن وﺟدﻧﺎ اﻟﻣﻌدن ﻓﻰ ﯾﻛون اﺳﺗﻌﻣﺎﻟﮫ ﺣﺎﻟﺔ ﻓﻰ ﻗوة ﺑﺎﻗﺳﻲ ﺿﻐط داﺧﻠﮫ. ﻟﻣﺳﺗﻌﻣﻠﮭﺎ و اﻟﻘواﻟب ﻟﺻﺎﻧﻊ اﻟﺗوﺻﯾﺎت ﺑﺑﻌض ﺧﻌﻠت ﺑﮭﺎ ﻗﻣﻧﺎ اﻟﺗﻰ اﻟدراﺳﺔ ھده. Page 5 sur 73 SOMMAIRE. Page INTRODUCTION. 9 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE. 10 I-LES FONTES. 11 I-1. Fontes blanche, fonte grise. 11 I-1-1. Système stable, système métastable. 11 I-1-2. Propriétés et rôle des constituants. 13 I-1-2-1. La ferrite. 13 I-1-2-4. Le graphite. 14 I-1-2-5. Les formes de graphite. 14 I-2.COMPORTEMENT DES PIECES SOUMISES AUX CHOCS THERMIQUES. 17 I-3. ROLE DES ELEMENTS DE LA COMPOSITION CHIMIQUE. 20 I-4. EXPLOITATION DES AUGETS ET DES LINGOTIERES. 22 I-4.1. Phénomènes constates pendant le service des augets. 23 I-4.1.1. Échauffement des augets. 23 I-4.1.2. Modifications de structure et gonflement. 23 I-5. L’OXYDATION. 24 I-6. CONTRAINTES THERMIQUES. 25 I-7. TRACE DES LINGOTIERES. 25 I-8. INFLUENCE DE LA CHALEUR SUR LA STRUCTURE DES FONTES. 26 I-9. DEFAUTS ET ANOMALIES. 27 I-9.1. La porosité du gaz. 27 I-9.2. Les pores de retrait. 28 I-10. SOLIDIFICATION DES METAUX FERREUX. 30 I-10.1. Solidification d'une fonte grise hypoeutectique. 30 I-10.2. Interface de solidification. 31 I-10.3. Surfusion thermique. 32 I-10.4. Surfusion de constitution. 33 I-10.5. Les cellules eutectiques. 35 I-11. FATIGUE THERMIQUE ET PHENOMENE DE FISSURATION. 36 I-11.1. Propagation des fissures. 41 I-12. CARACTERISTIQUES MECANIQUES ET PHYSIQUES DES FONTES GRISES. 42 I-12.1. Caractéristiques mécaniques. 42 I-12.2. Coefficient de dilatation thermique. 44 I-12.3. Conductivité thermique. 45 II. DESCRIPTION DU PROBLEME ET METHODOLOGIE. 47 II.1.Description du problème. 47 II.2.Méthodologie de travail. 53 II.2.1. Cycles approchant les conditions pratiques. 54 II.2.2. Partie théorique. 56 Page 6 sur 73 II.2.2.1. Etablissement du modèle théorique. 56 II.2.2. 2. Choix des paramètres de calcul. 57 II.2.2.3. Détermination des températures d’interface. 58 II.2.2.4. Evolution du module d’élasticité et du coefficient de dilatation en fonction de la température. 59 III. RESULTATS ET ANALYSE. 60 III.1. Caractérisation du matériau dans son état de réception. 61 III.2. Effet de la température de reprise entre cycles. 64 III.3. Caractérisation du matériau soumis aux cycles thermiques. 64 III.4. Résultats du tracé de la contrainte thermique. 67 III.5. Observations fractographiques. 68 IV- CONCLUSION GENERALE. 70 V- REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES. 71 Page 7 sur 73 LISTE DES FIGURES. N° Intitulé de la figure Page 1 Système stable (Fe-C) et système métastable en trait plein (Fe-Fe3C). 12 2 Effet des éléments d’addition sur la matrice de la fonte. 13 3 Diverses fontes obtenues à partir de la blanche ou de la grise. 15 4 Influence des éléments d’addition sur la résistance à la traction de la ferrite. 16 5 Influence de quelques éléments d’addition sur la dureté de la ferrite. 16 6 Types de graphite. 18 7 Taille des lamelles de graphite. 19 8 Effet du Silicium sur le diagramme fer-carbone. 21 9 Domaines approximatifs des alliages ferreux en fonction du C et du Si. 21 10 Influence de la teneur en Silicium sur la résistance à l’oxydation de fontes GS en fonction de la température. 24 11 Solubilité de l’H dans le Fe et le Ni en fonction de la température. 29 12 Comparaison de la porosité du au retrait et du au gaz. 29 13 Solidification d'une fonte grise hypoeutectique. 33 14 Microstructure d'une fonte blanche (GL96-400, Nital 2%). 33 15 Microstructure d'une fonte grise, (GL94-109, Nital 2%). 33 16 Microstructure des fontes. 34 17 Schéma de la formation du front de solidification. 34 18 Type de croissance au cours de la solidification. 35 19 Eutectique phosphoreux (steadite) dans une matrice perlitique, (Nital 2%). 36 20 Micrographies montrant le phénomène de faïençage (a) et l’apparition d’une fissure (b). 37 21 Dispositif et schéma pour la fatigue thermique. 38 22 Evolution de la contrainte thermique. 39 23 Installation pour fatigue thermique. 40 24 Endommagement des éprouvettes d’essai de choc thermique. 40 25 Evolution de la taille des fissures en fonction de ∆N. 43 26 Augets montés sur chaine mécanique chaulés et prêts à recevoir le métal liquide. 49 27 Lingotière ou auget dans son état de livraison. 49 28 Lingotière dans son état de livraison présentant une cassure sur le coté. 51 29 Cavité interne observée dans l’épaisseur de l’auget. 51 30 Courbes de refroidissement des parties minces et des parties épaisses dans une pièce. 52 31 Formation de la retassure dans la fonte en cours de solidification. 52 32 Auget dans un état endommagé. 53 33 Présence des fissures au niveau des méplats sur les augets après service. 53 34 Cycles de (trempe et revenu). 54 35 Cycles des trempes interrompues. 55 36 Modèle de la contrainte σ. 56 37 Comportement du coefficient de dilatation en fonction de la température. 59 Variation du module d’élasticité en fonction de la température. 59 38 Structure de l’alliage dans son état livré neuf. 62 Page 8 sur 73 39 Structure de l’alliage à l’état neuf sous fort grossissement. 62 40 Structure de la fonte grise attaquée au Nital 2% montrant l’eutectique phosphoreux. 63 40 Influence de la température de reprise sur les valeurs de dureté. 64 Effet de la température isotherme sur la dureté des fontes. 65 42 Dureté obtenue d’après les trempes interrompues. 66 43 Dureté des échantillons revenus. 66 44 Structure prise dans le domaine uploads/Geographie/ rabah-boufas-soldification-pdf.pdf