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1 Chapitre II : Aciers destinés à la construction Métallique - Procédés de mise

1 Chapitre II : Aciers destinés à la construction Métallique - Procédés de mise en forme - Classification des produits selon la forme 1 Année universitaire : 2019/2021 Préparé par : PhD Ing. EL JAI Mostapha A. Mise en forme 1. Moulage/coulée 2. Laminage 3. Forgeage 4. Etirage et tréfilage 5. Filage 6. Formage à froid des tôles et produits plats B. Classification des produits métallique suivant leur forme 1. Les profilés et les aciers marchants (laminés à chaud) 2. Les produits plats (laminés) 3. Les produits façonnés à froid 4. Profilés tubulaires 5. Catalogue des profilés 2 Préparé par M. EL JAI 3 Préparé par M. EL JAI 4 Préparé par M. EL JAI Préparé par M. EL JAI 5 6 Préparé par M. EL JAI Fig. 1 : Schéma de machine de coulée continue horizontale. 1 : creuset - 2 : filière en graphite - 3 : rouleaux de soutien - 4 : cylindres d’entraînement - 5 : tronçonnage - 6 : cassage - 7 : barres. (source : Gontermann-Peipers, Siegen (D)). 7 Préparé par M. EL JAI Convertisseur d’oxygène Lingotières ou poches: moules non destructibles (réfractaires) 8 Préparé par M. EL JAI Coulée en poches 9 Préparé par M. EL JAI Préparé par M. EL JAI 10 Découpage des brames au chalumeau à chaud Préparé par M. EL JAI 11 Brames rectangulaire et tubes circulaire Stockage des produit à la sortie de la coulée en continue Préparé par M. EL JAI 12 Un traitement thermique peut être nécessaire dans certains cas. Un contrôle qualité global doit être pratiqué en fin de fabrication. Durant tout le processus de fabrication, un suivi qualitatif doit être assuré. Par contre, dans d’autres cas une amélioration des propriétés et caractéristiques utiles du matériau, visant plus particulièrement la résistance mécanique, est obtenue après pré-usinage par des traitements thermiques ciblés et par des revêtements ou traitements de surface. 13 Préparé par M. EL JAI Le tableau suivant précise les différentes méthodes de contrôle de la qualité pratiquées par les producteurs de fontes coulées en continu. 14 Préparé par M. EL JAI La préparation de la matière première pour l’industrie se fait en fonction des dimensions normalisées. Cette opération est faite par sciage (scie électrique) et usinage des produits finis PF (surfaçage, tournage…), et parfois des traitements de surface peuvent se faire en fonction du besoin des clients. Fig. : Sciage de barres coulées en continu : un service proposé au client (source : ACO Guss, Kaiserslautern (D)). Fig. : L’usinage de finition peut être réalisé directement sur les blocs ébauchés aux dimensions voulues (source : K. Vollrath, Rees). Le laminage est un procédé de fabrication par déformation plastique. Il concerne différents matériaux comme du métal ou tout autre matériau sous forme pâteuse comme le papier ou les pâtes alimentaires. Cette déformation est obtenue par compression continue au passage entre deux cylindres contrarotatifs appelés laminoir. Un laminoir est une installation industrielle ayant pour but la réduction d'épaisseur d'un matériau (généralement du métal). Production de barres profilées (produits longs). 15 Préparé par M. EL JAI 16 Laminage à chaud à Bizkaia, en Espagne et laminage à froid à Vega do Sul, au Brésil. © P-F. Grosjean Ecrasement entre 2 cylindres Préparé par M. EL JAI 17 Pour amincir ces demi-produits, on procède au laminage à chaud : le métal est écrasé entre deux cylindres jusqu'à dix fois. Moyennant une puissance électrique de 100 MW, ce qui mobilise le 10ème d'un réacteur nucléaire, un train de laminoir à chaud fabrique des produits plats - plaque et tôle - et des produits longs - barres et rails. Le laminage à froid, lui, transforme un produit laminé à chaud en bobine de métal de fine épaisseur, de 0,1 à 3 millimètres. Préparé par M. EL JAI 18 Laminage Produits plats Produits longs Tôles/métaux en feuilles Fer plats… Aciers d’armature pour béton Armé (fils d’acier) Profilés, rails, barres, tubes ou fils Préparé par M. EL JAI 19 Le laminage concerne surtout les matériaux ductiles ; Il donne donc à la pièce laminée, tôle ou profilé, certaines caractéristiques dues à la plastification dont les 2 principales sont : L’écrouissage : durcissement sous l’effet de contraintes (effet mécanique) augmentation de la limite élastique et maximale, ainsi que la valeur de la dureté Le fibrage : Orientation des grains du métal dans la direction du laminage. Il faut donc essayer d’utiliser la tôle suivant les direction du fibrage (plus de résistance et de ductilité) Conséquence : Le matériau n’est plus considéré comme isotrope ! Préparé par M. EL JAI 20 Préparé par M. EL JAI Estampage (aciers) /matriçage (non ferreux) Filage/étirage Tréfilage… 21 Le laminage (feuilles) Le forgeage libre L’estampage/matriçage Le filage L’extrusion, la frappe à froid Formage des pièces massives (volumiques) Préparé par M. EL JAI 22 Préparé par M. EL JAI 23 Préparé par M. EL JAI Estampage et matriçage Extrusion Forgeage libre Laminage Forgeage industriel Procédé de mise en forme d’un matériau afin de produire des pièces mécaniques ; ébauchées ou finies à haute caractéristiques. Cette mise en forme s’effectue a chaud ou a froid par déformation plastique (effort supérieure a la limite élastique). 24 Préparé par M. EL JAI La forge par estampage consiste à former, après chauffage, des pièces brutes par pression entre deux blocs - les matrices - portant en creux la forme exacte du produit à réaliser. 25 Préparé par M. EL JAI Afin de diminuer l'effort nécessaire à la mise en forme, il est nécessaire de chauffer. On trouvera, ci-dessous, l'influence de la température sur la contrainte d'écoulement du métal estampé. Mais au cours du chauffage, les lopins se revêtent d'une couche dure d’oxydes appelée couramment « calamine » 26 Préparé par M. EL JAI 27 Préparé par M. EL JAI Par induction : il consiste à induire, dans un inducteur à l'aide d'un générateur G, à la surface du métal passant dans une bobine B créant un champ magnétique alternatif, des courants qui échauffent par effet Joule la périphérie des lopins. Par conduction : La pièce à chauffer est placée entre deux électrodes. La chaleur ainsi produite, directement à l'intérieur du lopin, confère à ce mode de chauffage une très grande efficacité énergétique : rendement voisin de 100 %. 28 Préparé par M. EL JAI 29 Préparé par M. EL JAI Opération d’ébauche/préliminaire de préparation de pièce avant estampage 30 Préparé par M. EL JAI Opération d’estampage/finition 31 Préparé par M. EL JAI 32 Préparé par M. EL JAI Au cours de l’estampage, le métal est mis en forme par les gravures des matrices (plateaux des presses), ce qui a pour effet d’orienter les fibres existantes et de conférer à la pièce un maximum de résistance en service. l’outillage est constitué de deux demi-matrices séparées par un plan de joint et comportant des gravures. 33 Préparé par M. EL JAI L’outillage est réalisé en acier traité (nitruration) capable de résister : aux chocs (55 NCDV7) : résilience élevée, aux pressions élevées (Z38CDV5), à l’usure et aux températures élevées. Durée de vie : quelques milliers de pièces en série automobile. 34 Préparé par M. EL JAI 35 Préparé par M. EL JAI La forge par matriçage consiste, comme l'estampage, à former après chauffage des pièces brutes réalisées en alliages non ferreux tels que les alliages d'aluminium, de cuivre, de titane, de nickel, etc. 36 Préparé par M. EL JAI La forge par extrusion, procédé plus récent, repose sur le même principe que l'estampage, mais elle est conduite à froid. À la température ambiante, on contraint le matériau à remplir complètement la forme en creux d'une matrice grâce à une très forte pression exercée sur un poinçon. Ce procédé donne des pièces aux formes encore plus précises que celles qui sont réalisées avec les deux premiers procédés et présentant des états de surface excellents, ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage complémentaire. La masse moyenne des pièces extrudées est de l'ordre d'un kilogramme 37 Préparé par M. EL JAI Déformation d’un lopin dans la direction de son axe par compression entre deux tas plats. Peut être considéré aussi comme le forgeage libre, puisque la forme n’est pas formé et forcé dans une empreinte de géométrie déterminée. Ecrasage : Augmentation de la section et diminution de la hauteur du lopin 38 Préparé par M. EL JAI Déformation d’un lopin dans une matrice par compression sous l’action d’un poinçon. Réalisation d’une préforme avant filage. Minimisation de l’énergie de formage pour les autres passes. Préformage : 39 Préparé par M. EL JAI Avant déformation Après déformation Filage direct : La déformation est de même sens que l’application de l’effort presseur (de forgeage) Filage direct : poinçon Lopin Matrice Déplacement du poinçon Déformation : réduction de section et augmentation de la longueur 40 Préparé par M. EL JAI Filage inverse : La déformation se fait dans le sens inverse d’application de l’effort. Filage inverse : Déplacement du poinçon Avant déformation Après déformation Sens de l’effort Sens de déplac. 41 Préparé par M. EL JAI Filage direct creux : uploads/Industriel/ ch-ii-aciers-destines-a-la-construction-metalliques.pdf