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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 645 − 1 Tréﬁlage de l’acier par Groupe d’ingénieurs des Tréﬁleries de Conﬂandey Mise à jour du texte de Guy SIMONNET onnu depuis la plus haute antiquité, le tréﬁlage permet d’obtenir des ﬁls métalliques de section et de forme bien déterminées. Le principe du tréﬁlage est déﬁni dans l’étymologie du mot, qui fait appel à deux notions : celle de « traction » et celle de « ﬁl ». Il s’agit d’un procédé de transformation à froid consistant à faire passer le métal à travers un oriﬁce calibré, appelé « ﬁlière », sous l’action d’une traction continue. Cette technique utilise l’aptitude à la déformation plastique du métal. Les mécanismes structuraux de cette déformation et les lois de comporte- ment de la mise à froid sont examinées dans ce traité [10] et [11]. Nous rappelons brièvement que la déformation plastique se fait à « volume constant » et qu’elle est « inhomogène ». Nous précisons aussi que les aciers sont des alliages comportant diverses impuretés et inclusions, et qu’il s’agit donc de systèmes hétérogènes dont les propriétés varient fortement d’un point à un autre. Il importe donc, lors de la mise en œuvre, de connaître la structure du maté- riau de départ et l’histoire antérieure de la déformation, éléments jouant sur la « contrainte d’écoulement ». Enﬁn, il faut noter que, selon les conditions opératoires lors du tréﬁlage, des structures différentes en résulteront. Les ﬁls obtenus par tréﬁlage (diamètre couramment compris entre 0,10 et 20 mm) ayant : — une forme définie et régulière ; — une section précise ; — des caractéristiques mécaniques adaptées ; ont gagné progressivement les divers secteurs de l’activité humaine et constamment contribué à leur développement. 1. Matériau de départ .................................................................................. M 645 - 2 1.1 Aciers............................................................................................................ — 2 1.2 Fil machine................................................................................................... — 2 1.3 Aptitude à la déformation par tréﬁlage ..................................................... — 3 1.4 Contrôle du ﬁl machine............................................................................... — 3 2. Écrouissage................................................................................................ — 3 2.1 Terminologie. Notations.............................................................................. — 3 2.2 Variations des caractéristiques mécaniques en fonction de l’écrouissage....................................................................... — 3 2.3 Applications pratiques de l’écrouissage.................................................... — 4 3. Tréﬁlage ...................................................................................................... — 4 3.1 Préparation de la surface ............................................................................ — 4 3.2 Tréﬁlage proprement dit ............................................................................. — 6 3.3 Traitements thermiques des tréﬁlés .......................................................... — 9 4. Traitements annexes ............................................................................... — 11 4.1 Principaux traitements ................................................................................ — 11 4.2 Galvanisation à chaud................................................................................. — 11 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. M 645 C TRÉFILAGE DE L’ACIER __________________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 645 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques Utilisés en l’état, ils seront pour : — les clôtures ; — le palissage de la vigne ; — les ligatures ; — l’armature du béton (fils à haute adhérence, fils de précontrainte) ; — les électrodes de soudage. Assemblés, ils donneront : — des grillages ; — des ronces artificielles ; — des câbles ; — des armatures pour le béton (treillis soudés, torons de précontrainte) ; — des armatures et carcasses de pneumatiques ; — des armatures de sièges, etc. Par transformation, ils serviront à la confection de : — pointes ; — agrafes ; — vis et boulons ; — chaînes ; — ressorts ; — aiguilles et épingles ; — anneaux, boucles, crochets, etc. 1. Matériau de départ 1.1 Aciers En règle générale, tous les aciers peuvent être transformés en ﬁl par tréﬁlage. L’expérience conjointe des sidérurgistes et des tréﬁ- leurs a fait rechercher les caractéristiques optimales que doit avoir la matière première pour une bonne aptitude à la déformation à froid. Les recherches et les mises au point ont abouti à l’élaboration de normes qui déﬁnissent les caractéristiques chimiques, les états de surface, la santé interne du matériau. En France, en particulier, des normes spéciﬁques ont été établies en fonction de l’utilisation de l’acier à l’état tréﬁlé (cf. Pour en savoir plus [Doc. M 645] en ﬁn d’article). 1.2 Fil machine L’acier est laminé à chaud en vue du tréﬁlage sous la forme d’un demi-produit dénommé ﬁl machine. 1.2.1 Présentation Le ﬁl machine est déﬁni comme un produit de section pleine, laminé sur un train approprié et enroulé à chaud en couronnes à spires non rangées. La forme de la section peut être circulaire, carrée, hexagonale, octogonale, demi-ronde, rectangulaire ou autre. La forme la plus couramment utilisée est la forme circulaire dans les diamètres 5,5 à 30 mm. Les performances accrues de trains de laminage permettent d’obtenir des couronnes pouvant atteindre 3 t constituées par une seule longueur de ﬁl machine. 1.2.2 État Sur les trains modernes, le ﬁl machine atteint, à la sortie de la dernière cage et donc avant enroulement, une température située aux environs de 1 000 oC. Après mise en spires, le ﬁl machine subit un refroidissement modulable pour permettre d’obtenir une struc- ture apte aux déformations ultérieures. Au cours de ce refroidissement, le ﬁl machine se recouvre d’une couche d’oxydes dont la qualité est elle-même fonction de la tem- pérature initiale et de la température de refroidissement. Divers procédés sont actuellement employés pour permettre de moduler la vitesse de refroidissement, avant mise en couronnes, en fonction de la nuance de l’acier, aﬁn d’obtenir la structure la plus apte aux déformations ultérieures. De même, la couche d’oxyde en est modiﬁée tant en quantité qu’en composition. 1.2.3 Calamine L’oxyde qui s’est formé au cours du refroidissement, et qui reste adhérent à la surface du ﬁl machine, est dénommé calamine. Celle- ci est formée de trois composants : — FeO ou wüstite (en contact avec le métal) : environ 90 % ; — Fe3O4 ou magnétite : environ 5 % ; — Fe2O3 ou hématite : environ 5 %. Les calamines les plus adhérentes comportent une forte propor- tion de Fe3O4 . Les calamines dont l’épaisseur est supérieure à 14 µm présentent des caractéristiques d’adhérence faible. Par contre, pour les épais- seurs inférieures à 14 µm, l’adhérence varie en fonction du taux de décomposition de la wüstite, qui est un composé non stœchiomé- trique Fe1 – xO devenant métastable au-dessous de 570 oC. __________________________________________________________________________________________________________________ TRÉFILAGE DE L’ACIER Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 645 − 3 1.3 Aptitude à la déformation par tréﬁlage I L’aptitude des aciers à être déformés à froid par tréﬁlage est essentiellement liée à leur état structural : — dans les cas de structures perlitiques grossières ou globulisées, les modifications structurales provoquées par l’écrouissage sont moins favorables pour la poursuite du tréfilage ; — la striction augmente lorsque la perlite devient plus fine ; — pour une même teneur en carbone, les aciers ayant une struc- ture à haut taux de finesse de perlite acquièrent une résistance et un durcissement plus élevés. I À structure identique, l’acier le plus riche en carbone possède une résistance initiale plus élevée et durcit plus rapidement. Le comportement au tréﬁlage dépend de la proportion de ferrite dans la structure, mais également des modiﬁcations dans la perlite produites par l’écrouissage. D’autres facteurs interviennent aussi sur la faculté de déformation de l’acier : — la propreté interne de l’acier ; — l’état de surface (avec un état de surface excellent et une struc- ture interne adéquate, il est possible de tréfiler des aciers à un taux de réduction de section supérieur à 99,8 %) ; — les conditions de tréfilage ; — la composition chimique de l’acier. 1.4 Contrôle du ﬁl machine Avant d’être tréﬁlé, il est nécessaire de bien cerner la qualité du ﬁl machine reçu, laquelle conditionne : — l’aptitude à la déformation ; — l’utilisation en fonction des transformations ultérieures du fil ; — les traitements à appliquer pour satisfaire aux deux conditions précédentes. Les différentes mesures ou les examens porteront sur : — les mesures dimensionnelles de la section : écart par rapport à la cote nominale, ovalisation ; — l’évaluation du taux de calamine ; — les caractéristiques mécaniques (résistance à la traction R, limite l’élasticité conventionnelle Rp, allongement A, striction Z ) ; — l’état de surface : fissuration, rugosité ; — les défauts externes : criques, repliures, pinçures, incrustations, rayures, empreintes, pailles, brûlures ; — la santé interne : état inclusionnaire, ségrégation, structure, décarburation. 2. Écrouissage La déformation du ﬁl au cours de l’étirage à travers la ﬁlière pro- voque une modiﬁcation générale de ses propriétés. La variation des caractéristiques mécaniques : résistance, limite d’élasticité, allonge- ment, striction, retient tout particulièrement l’attention du tréﬁleur. 2.1 Terminologie. Notations En règle générale, on entend par degré d’écrouissage ou taux d’écrouissage la réduction de section relative. Il est cependant néces- saire de préciser si cette réduction de section est rapportée à la sec- tion initiale S ou à la section ﬁnale s. L’habitude a consacré de désigner par : — réduction de section pour cent l’expression : — allongement par tréfilage pour cent l’expression : uploads/Industriel/ m645-trefilage.pdf