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1Procédés de fabrication Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers - Casab

1Procédés de fabrication Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers - Casablanca Pr. KHATIB Hamza Année universitaire : 2021/2022Chapitre 3 : les alliages ferreux Classification –Désignation -Elaboration 2 Chantier de construction navale utilisant l'acier comme matériau de construction 2 Plan du cours • 1- Les alliages de Fer • 2- Désignation des aciers • 3- Classification des aciers • 4- Elaboration des aciers et fontes 3 4 Partie 1 : Les alliages de Fer 3 1 : Les alliages de Fer 5Introduction Le fer pur est un métal de transition ductile, il est rarement utilisé dans son état éurifié en raison de la complexité des procédés d'obtention et ses propriétés mécaniques moyennes . L'état de pureté peut dépasser un taux de 99 , 95% en masse . À son examen, on constate que le fer presque pur n’est pas mécaniquement performant . Ses propriétés mécaniques (limite d’élasticité, résistance à la traction, dureté, ténacité ... ) sont faibles, en contrepartie, sa plasticité (allongement à rupture, striction ... ) sont bonnes . En fonction des conditions de service d’une pièce, un métallurgiste identifie les propriétés mécaniques à donner au matériau pour assurer sa fonction . Par la suite, la fonction d’un métallurgiste et d’identifier les éléments d’adition ainsi que les traitements à suivre pour donnée au matériau les propriétés mécaniques voulues . Le principal défaut du fer est son affinité pour l'oxygène et l'eau . La rouille (oxyde de fer) attaque le métal dans toute son épaisseur et altère significativement ses propriétés mécaniques . . 61 : Les alliages de Fer 1 : Les alliages de FerPropriétés du FerLe fer pur est caractérisé par une masse volumique et une température de fusion importantes en les comparant à ses alliages ( ρ (Ferpur)= 7870 Kg/m3 ) (températurede fusion= 1538 ° C) .Sespropriétés mécaniques telles que la limite élastique ou la résistance à la traction restent moins importantes que celles de ses alliages (sa résistance mécanique (Rm) est au voisinage de 220 MPa) . Le fer pur cristallise dans le système CC jusqu’à 910 ˚C, dansle système CFC entre 910 et 1 394 ˚C et de nouveau dans le système CC au - dessusde1 394 ˚C . L'adjonctionde très faibles quantités d'éléments d'additions modifie considérablement ses propriétés mécaniques . mécaniques. 4 7 1 : Les alliages de FerAciers et fontes L'adjonction de très faibles quantités de carbone et d'autres éléments d'addition au fer permet d'améliorer considérablement ses propriétés mécaniques . Les alliages de fer, à de rares exceptions près, contiennent tous du carbone comme élément d’alliage en proportions diverses . L'insertion des atomes de carbone dans les mailles ferreuses attribue à l'alliage des propriétés mécaniques plus importantes . On distingue deux principaux alliages du Fer : Fonte : Alliage de fer et carbone comportant un pourcentage en masse supérieure à 2% de carbone. Acier : Alliage de Fer et carbone, qui comporte un pourcentage en masse inférieure à 2% en carbone. 1 : Les alliages de Fer Acier : 8 L'optimalitédes propriétés deplasticité de rigidité et de dureté attribue à cet alliage un vaste champ d'application :  cormage à froid ouà chaud, emboutissage, étirage, laminage, pliage, carrosseries, fers et profilés pour le bâtiment, construction navale, plate - forme pétrolière, trains,chaudronnerie, ameublement, électroménager, biens de consommation .  Sa faible teneur encarbone assure une bonne soudabilité de ces alliages dans les constructions soudées . les C'est l'alliagedefer le plus utilisé . Le faible taux de carbone additionné améliore la dureté, la limite élastique et la résistance mécaniques sans trop altérer la ductilité . Ce mode de comportement est très demandé pour assurer la résistance des structures et pour l'élaboration des pièces par des procédés de mise en forme par déformation plastique . par déformation plastique. 5 9 1 : Les alliages de FerFontes : L'addition excessive du carbone au fer augmente sa dureté, en contre partie, la structure devient plus fragile et moins ductile . Le niveau de carbone dans le cas de la fonte rend cet alliage difficilement soudable et nécessite des précautions préalables . La fonte présente une faible température de fusion par rapport aux aciers, cette propriété simplifie la coulabilité des pièces de fonderie présentant une géométrie complexe . . 101 : Les alliages de Fer Effet du Carbone sur les propriétés mécaniques des aciers Effet du Carbone sur les propriétés mécaniques des aciersLes figurent suivantes, illustrent l'effet du carbone sur les propriétés mécaniques de l'alliage fer carbone.L'ajout carbone provoque: 1 - L’augmentationdela température de transition (ductile - fragile).2 - Ladiminutionde la résilience dans le domaine ductile . * daJ =10 JL'ajout du carbone provoque: 1 - L'Augmentation de Re et Rm.2 - La Diminution de la ductilité. - La Diminution de la ductilité. 6 11 1 : Les alliages de FerEffet du Carbone sur les propriétés mécaniques des aciers Effet du Carbone sur les propriétés mécaniques des aciers 121 : Les alliages de Fer Oxydation du Fer Le fer réagit avec le dioxygène en présence d’eau (air humide) pour former de la rouille . La rouille contient essentiellement l’oxyde de fer III (oxyde ferrique) de formule chimique Fe 2 O 3.Laréaction chimique entre le fer et le dioxygène est lente sa vitesse augmente en présence de l’eau salée . saléeLarouille est une couche poreuse cette dernière laisse passer l’eau et l’air qui peuvent continuer à réagir avec le fer en profondeur jusqu'à la disparition totale du fer . Ce phénomène est appelé la corrosion . corrosion. 7 13 Ce mécanisme de corrosion peut se manifester en présence de gaz oxydant à haute température, principalement par l’air ou l’oxygène. Dans le cas des aciers, les oxydes les plus protecteurs sont : l’oxyde de chrome Cr2O3, la silice SiO2 et l’alumine Al2O3. Par conséquent, les aciers résistant à l’oxydation contiennent des additions de chrome et/ou d’aluminium et/ou de silicium, de façon à former de tels oxydes. À ce titre, les aciers inoxydables qui contiennent plus de 10,5 % Cr, ont un bon comportement à l’oxydation sèche.Oxydation - Corrosion sèche. Corrosion sèche. 1 : Les alliages de Fer Les 14 aciers inoxydables sont les aciers dont l’analyse chimique montre un taux de chrome Cr≥ 10 , 5%et un taux de carbone C ≤1,2%.Les aciers inoxydables doivent leurs propriétés de résistance à la corrosion à la présence du chrome qui, en s'oxydant, va former une fine pellicule protectrice . Pour des teneurs en chrome supérieures à 10 - 11% ,il se forme à la surface du métal une couche passive mince ( 1à 5 nm) à base d’oxyde de chrome (Passivation), ce qui protège le métal et ralentit très fortement la vitesse de corrosion . Cela permet de rendre le métal compatible avec plusieurs applications (Agroalimentaire, médicale … .)..Aciers inoxydables : 1 : Les alliages de Fer 1 : Les alliages de Fer 8 15 Ordre de grandeurs des caractéristiques mécaniques de quelques matériaux, comparées à celles des aciers.Inconvénients des alliages ferreux Les alliages ferreux présentent, par rapport aux autres matériaux métalliques ou non, deux points faibles : 1 -La densité du fer, de l’ordre de 7 ,8,est relativement élevée . Ceci conduit donc souvent à des structures plus lourdes pouvant être un inconvénient pour certaines applications telles que l’aéronautique par exemple . Ainsi s’explique la concurrence des alliages d’aluminium, de titane ou des matériaux composites . 2 -La résistance à la corrosion atmosphérique est relativement médiocre . Cependant, de nombreuses solutions sont possibles pour résoudre ce problème . Des revêtements, tels que galvanisation où la peinture . Les aciers inoxydables ont des résistances à la corrosion exceptionnelles, au prix d’additions d’éléments d’alliage . .1 : Les alliages de Fer 1 : Les alliages de Fer 161 : Les alliages de Fer Avantages des alliages ferreuxInversement, les alliages ferreux possèdent trois caractéristiques très favorables : 1 - Leurspropriétés mécaniques sont élevées en conservant, toutes choses égales par ailleurs, une bonne ténacité . Pour cette raison, ce sont, en général, des matériaux très sûrs pour la réalisation de structures fortement sollicitées . 2 - Leurmoduled’élasticité est très élevé comparé à celui des autres matériaux, ceci permet la construction de structures rigides, c’est - à -direprésentantde faibles déformations sous l’effet des contraintes . 3 - Defaçon générale, le prix des alliages ferreux, et tout particulièrement celui des aciers au carbone, est relativement faible . Ce sont des produits économiques . Ordre de grandeurs des caractéristiques mécaniques de quelques matériaux, comparées à celles des aciers. Ordre de grandeurs des caractéristiques mécaniques de quelques matériaux, comparées à celles des aciers. 9 17 Partie 2 : Classification des aciers Selon la norme (NF EN 10020) Définition d'un acier selon la norme EN10020 : Acier : Matériau contenant en masse plus de fer que tout autre élément et dont la teneur en carbone est généralement inférieure à 2 % et qui contient d’autres éléments. 2 - Classification des aciers 18Classification des aciers (NF EN 10020) Dans l'industrie, le nombre des nuances d'aciers utilisées est important . En vue de simplifier le choix et le classement, la norme NF N0020 , uploads/Ingenierie_Lourd/ chapitre-3-aciers-et-fontes-vf.pdf