13/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour Toute reproduction sans autorisat

13/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Editions T .I. M 3 150 − 1 Mise en forme du zinc et de ses alliages par Ronald RACEK Ingénieur de l’École centrale de Paris Docteur ès sciences Chef du département Gestion de projets à la société Umicore France ’utilisation principale du zinc et de ses alliages est la protection de l’acier contre la corrosion, notamment par le procédé de galvanisation. Néanmoins, la mise en forme est un procédé d’importance non négligeable, particulièrement en Europe et plus précisément en France. 1. Généralités................................................................................................. M 3 150 — 2 1.1 Utilisations du zinc et de ses alliages ........................................................ — 2 1.2 Modes de transformation ........................................................................... — 2 1.3 Alliages......................................................................................................... — 2 1.4 Perspectives ................................................................................................. — 2 2. Particularités de la déformation plastique des alliages de zinc. — 3 2.1 Structure et cristallographie ....................................................................... — 3 2.2 Température de fusion ................................................................................ — 3 2.3 Influence des éléments d’addition ............................................................. — 3 2.4 Modes de déformation................................................................................ — 3 2.5 Caractéristiques mécaniques...................................................................... — 3 3. Fonderie et première transformation................................................. — 5 3.1 Fusion ........................................................................................................... — 5 3.2 Coulée continue........................................................................................... — 5 3.2.1 Coulée continue des produits plats................................................... — 5 3.2.2 Coulée continue des produits longs ................................................. — 6 3.3 Laminage...................................................................................................... — 6 3.3.1 Laminage des produits plats ............................................................. — 6 3.3.2 Laminage des produits longs ............................................................ — 7 3.4 Traitements de surface................................................................................ — 8 3.4.1 Phosphatation..................................................................................... — 8 3.4.2 Laquage............................................................................................... — 8 4. Seconde transformation ........................................................................ — 8 4.1 Seconde transformation à chaud ............................................................... — 8 4.1.1 Filage ................................................................................................... — 8 4.1.2 Estampage........................................................................................... — 9 4.1.3 Tréfilage............................................................................................... — 9 4.2 Seconde transformation à froid ................................................................. — 9 4.2.1 Découpage .......................................................................................... — 9 4.2.2 Profilage .............................................................................................. — 10 4.2.3 Emboutissage ..................................................................................... — 10 4.2.4 Matriçage............................................................................................. — 10 4.2.5 Divers................................................................................................... — 10 5. Conclusion ................................................................................................. — 10 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. M 3 150 L 13/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour MISE EN FORME DU ZINC ET DE SES ALLIAGES ______________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie M 3 150 − 2 est strictement interdite. − © Editions T .I. Le procédé prépondérant est le laminage, en majeure partie de produits plats, essentiellement pour des utilisations dans le bâtiment, à savoir la couverture, la façade et l’évacuation des eaux pluviales, marché en légère croissance depuis des décennies. Les particularités des processus de mise en forme du zinc et de ses alliages, par rapport à d’autres métaux d’usage courant, découlent d’une part de sa struc- ture cristalline hexagonale, qui a pour conséquence une forte anisotropie des propriétés physiques et mécaniques, d’autre part du fait que la température de transformation est toujours proche de la température de fusion. Les procédés actuels de première transformation font appel de plus en plus systématiquement à des processus continus : coulée continue horizontale de plaques minces et laminage en bande à chaud pour les produits plats, coulée continue de produits ronds suivie de laminage, puis de tréfilage, pour les fils. Les procédés de deuxième transformation, en revanche, font appel à des tech- niques plus classiques utilisées aussi pour les autres métaux. Enfin les traitements de surface de produits laminés plats sont en développe- ment sensible depuis deux décennies. 1. Généralités 1.1 Utilisations du zinc et de ses alliages Si l’utilisation principale du zinc dans l’industrie découle de ses propriétés électrochimiques particulières (par exemple, la protec- tion de l’acier par galvanisation), les produits ayant subi une mise en forme ont depuis longtemps une importance pratique non négli- geable. La faible valeur de la résistance mécanique du zinc et son excellente tenue à la corrosion atmosphérique ont d’abord entraîné son développement au 19e siècle, sous forme de produit laminé, pour les couvertures de bâtiments, essentiellement en France, en Belgique et en Allemagne. En parallèle ont été mises au point les opérations de profilage du laminé, notamment pour les accessoires utilisés dans le bâtiment (gouttières et tuyaux des systèmes d’éva- cuation d’eau pluviale). À l’heure actuelle, les utilisations des alliages de zinc sont très diversifiées, bien que le bâtiment (sous forme de laminé) demeure le poste principal. Nous citerons, sans être exhaustifs, et par ordre d’importance décroissante, les godets de piles salines obtenus par filage inverse par choc ou par emboutissage, les fils pour métallisa- tion de l’acier par projection, réalisés par tréfilage, les pièces de monnaie élaborées par matriçage, les doublures de cercueils et les fusibles pour automobile. 1.2 Modes de transformation La modernisation des installations industrielles, réalisée en grande partie dans la fin des années 1960, a conduit à des unités de production de 5 000 à 110 000 t/an. Ces unités intègrent, dans la majorité des cas, une fonderie par coulée continue et une étape de première transformation par laminage conduisant à des produits plats ou à des barres, dénommés demi-produits. On dénombre dans le monde moins d’une vingtaine d’installations de ce genre, spécialisées uniquement dans le traitement des alliages de zinc, dont 70 % se situent en Europe. Dans le cas particulier du laminé pour le bâtiment, les produits après l’étape de première transformation sont susceptibles de rece- voir un traitement de surface en continu, notamment par phospha- tation ou laquage organique, qui leur confère un aspect innovant, essentiellement destinés aux besoins architecturaux. L ’étape de seconde transformation se fait en général dans des ateliers de capacités plus modestes, pour obtenir des pièces finies par diverses techniques telles que le profilage, l’emboutissage, le découpage, le matriçage à froid ou à chaud, le filage inverse par choc pour les produits plats et le tréfilage pour les produits ronds. Les techniques sont très voisines de celles mises en œuvre pour les alliages d’aluminium et de cuivre ou pour les aciers. 1.3 Alliages Les alliages de zinc utilisés dans l’industrie peuvent se classer en cinq grandes familles : — le zinc pur non allié qui sert essentiellement à la fabrication d’anodes (galvanoplastie) ou de fils (métallisation) ; — les alliages au plomb-cadmium et plomb-manganèse pour les applications en godets de piles obtenus par filage inverse par choc ou par emboutissage ; — les alliages au cuivre-titane pour le bâtiment essentiellement ; — les alliages au magnésium-aluminium pour les plaques destinées à la photogravure (activité en forte régression) ; — les alliages à l’aluminium sous forme de fils (métallisation). 1.4 Perspectives La production mondiale des produits corroyés en alliage de zinc est en croissance légère, l’apparition de nouvelles applications (pro- duits matricés ou emboutis, fusibles automobiles) compensant la légère baisse des marchés traditionnels (piles salines). Le développement des utilisations est freiné par le coût du zinc contenu qui évolue en dents de scie. Il est facilité par le faible coût des opérations de transformation (faible température de fusion et faible résistance à la déformation) et la bonne tenue à la corrosion des produits finis par rapport aux matériaux concurrents. 13/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour ______________________________________________________________________________________________ MISE EN FORME DU ZINC ET DE SES ALLIAGES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Editions T .I. M 3 150 − 3 Les axes de développement pour le matériau de base concernent surtout la mise au point d’alliages à résistance mécanique plus élevée (200 à 400 MPa au lieu de 150 environ à l’heure actuelle). Pour les produits finis dans le bâtiment, les axes de développe- ment consistent à fournir à la clientèle une gamme d’état de surface de plus en plus variée et une gamme de façonnés et d’accessoires de couverture ou d’évacuation d’eaux pluviales adaptée à ses exigences de durabilité, d’esthétique et de facilité de pose. En outre, on constate un développement sensible de systèmes variés pour des applications en façade depuis une dizaine d’années, développement qui devrait s’intensifier grâce à l’offre variée d’états de surface. 2. Particularités de la déformation plastique des alliages de zinc 2.1 Structure et cristallographie Tous les alliages de zinc corroyés contiennent plus de 98 % de zinc et ont des comportements à la mise en forme assez voisins. La matrice de zinc, contenant éventuellement d’autres éléments en solution solide, a une structure cristalline hexagonale compacte, dont le rapport c /a, égal à 1,856, est supérieur à la valeur de celui d’une structure hexagonale compacte idéale [1]. Notons enfin que sa masse volumique est légèrement inférieure à celle des aciers au carbone : elle est de 7 ,1 kg/dm3 au lieu de 7 ,8 kg/dm3 pour les aciers courants. Nota : pour de plus amples informations sur les métaux à réseau hexagonal compact le lecteur se reportera à la référence [9]. 2.2 Température de fusion La température de fusion du zinc et de ses alliages est toujours de l’ordre de 420 oC, compte tenu de la faible quantité d’éléments d’addition. L ’énergie nécessaire à la fusion du métal et à la prépara- tion des alliages en fonderie est donc relativement peu élevée par rapport à celle nécessaire aux autres métaux usuels. À l’état liquide, les alliages sont peu oxydables à l’air et la uploads/Industriel/ mise-en-forme-du-zinc-et-de-ses-alliages-ronald-racek.pdf

  • 23
  • 0
  • 0
Afficher les détails des licences
Licence et utilisation
Gratuit pour un usage personnel Attribution requise
Partager