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Ministère de L’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique CONSTANTI

Ministère de L’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique CONSTANTINE 1 – MENTOURI UNIVERSITE MECANIQUE - DEPARTEMENT DE GENIE Option : 3L S.E.I Makhebi abderrahmen Boualita abderraouf Zoubaa hamda Belaid tayeb Belmkimeh yasser L’enseignant: TALHI Année Universitaire 2019-2020 Classification des aciers et fonts et leurs designations CLASSIFICATION DES ACIERS ET DES FONTES Les aciers et les fontes sont les matériaux métalliques les plus utilisés dans les différentes branches de l’industrie. Un acier est un alliage de fer et de carbone dont la teneur en carbone est ≤ 2 %. La fonte est aussi un alliage de fer et de carbone dont la teneur en carbone est > 2%. Selon leur usage, les aciers et les fontes, sont classés en plusieurs groupes. 1. Classification des aciers 1.1 Aciers de construction Dans les groupes des aciers de construction, on trouve les aciers au carbone et les aciers alliés, destinés à la fabrication des éléments de machines, utilisés dans la construction des ouvrages d’art et des édifices. La teneur en carbone dans ce groupe d’aciers ne dépassent pas 0,5 à 0,6 %. Un acier de construction doit posséder en plus des bonnes propriétés mécaniques, de bonnes propriétés technologiques telles que se prêter bien au formage (laminage; forgeage, emboutissage, etc.), à l’usinage, au soudage, avoir une pénétration de trempe élevée et une faible aptitude aux déformations et aux tapures de trempe. Il existe des centaines de nuances d’aciers de construction. Les aciers de construction sont élaborés dans des fours martin (acides et basiques), dans des fours électriques ouverts et dans des convertisseurs à soufflage supérieur. Aciers de construction d’usage général (aciers au carbone) Les aciers de construction au carbone forment deux classes, celles des aciers courants (ordinaires) et de qualité. D’après les conditions et le degré de désoxydation on distingue trois types de nuances. a. Les aciers calmés : Ils sont obtenus par désoxygénation complète du métal dans le four puis dans une poche de coulée. Ces aciers contiennent une quantité minimale de protoxyde de fer en assurant ainsi une solidification « calme » du métal dans la lingotière, qui s’accompagne de diminution de volume. A la partie supérieure du lingot solidifié, se forme une retassure et une porosité dues au retrait éliminées par chauffage lors du laminage. b. Les aciers effervescents : Ce sont des aciers insuffisamment désoxygénés et qui contiennent une quantité non négligeable de FeO. Le métal est dit effervescent à cause des bulles de gaz CO qui se dégagent suite à la réaction de F'eO avec le carbone du métal. Le grand nombre de bulles de gaz, empêche la formation d’une retassure. Les aciers effervescents sont moins coûteux car les rebuts de leur fabrication sont réduits au minimum. Ils possèdent une plasticité élevée et se prêtent bien à l’emboutissage à froid. c. Les aciers semi-calmés : Ce sont des aciers intermédiaires entre les aciers calmés et effervescents et trouvent aujourd’hui un emploi toujours plus large. Aciers de construction ordinaires (aciers courants) Ils sont moins purifiés et contiennent donc plus de soufre, de phosphore et certaines autres inclusions non métalliques. Ils sont employés pour des pièces peu importantes tels que les fers marchands, laminés à chaud (poutres, barres, cornières, tôles, …). Ils sont très employés aussi dans la fabrication des éléments de machines peu importantes (axes, arbres, pignons, doigts de chenilles, bagues, boulons, écrous), les propriétés mécaniques d’un acier ordinaire peuvent être sensiblement améliorées par un traitement thermique (généralement une trempe à l’eau après chauffage). Ainsi après trempe à l’eau, la limite élastique des tôles laminées s’accroît légèrement sans que la plasticité ne se dégrade (A = I5 à 26 %). Pour les constructions soudées, on utilise essentiellement les aciers calmés et semicalmés à faible teneur en Mn et Si. Les aciers prévus à cet effet doivent avoir une faible aptitude au vieillissement thermique. Pour les nuances devant être utilisées dans les régions froides, le seuil de rupture à froid acquiert une grande importance. Les aciers doivent être calmés et traités thermiquement (amélioration ou normalisation). Les aciers de construction ordinaires, ayant une composition chimique définie et demandent une bonne tenue à l’usure, (axes, poussoirs, vis sans fin, pignons),subissent une généralement une cémentation ou cyanuration. Aciers de construction de qualité Ces aciers ont une composition chimique plus rigoureuse, des teneurs plus faibles en soufre ( < 0,04 %) et en phosphore (< 0,035 %), et suivant le degré de désoxydation, ils peuvent être calmés ou effervescents. Les aciers à faible teneur en carbone, donc à faible résistance, à plasticité élevée et à bonne soudabilité, s’emploient pour des pièces peu sollicitées. L'aptitude de ces aciers à l’estampage est d'autant plus faible que leur teneur en carbone est plus élevée. Les aciers de qualité sont utilisés : - Sans traitement thermique. - Avec le traitement de normalisation. - Avec un traitement de cémentation lorsque les pièces demandent de faibles charges et une bonne tenue à l’usure (arbres à came, axes, leviers, etc.). Les aciers à teneur moyenne en carbone (0,3 à 0,5) %, s’emploient après une normalisation, une amélioration et une trempe superficielle pour des pièces très variées dans la construction mécanique (vilebrequins, bielles, pignons, tiges, etc.). A l'état normalisé, la résistance de ces aciers est plus grande que celle des aciers à bas carbone, alors que la plasticité est plus basse. A l’état recuit, ces aciers se prêtent bien à l’usinage. L'acier à 0,45 % C est souvent utilisé pour les roues dentées et les arbres. Les aciers contenant entre 0,6 et 0,85 % C possèdent une résistance et une limite élastique plus grandes et une tenue à la l’usure plus élevée. Ils s'emploient après trempe et revenu, normalisation et revenu, ainsi qu'après trempe superficielle pour la fabrication des ressorts, tiges, rondelles, cylindres de laminoirs, etc. Les aciers au carbone de qualité, contiennent du manganèse (0,7 à 1) %, ce qui permet d'améliorer la résistance en augmentant la pénétration de trempe et de réduire légèrement la plasticité. Aciers de décolletage Les aciers de décolletage possèdent de bonnes aptitudes à l’usinage tout en assurant un bon état de surface. Ils contiennent généralement une teneur accrue en soufre et en phosphore. Le soufre se combine au manganèse en formant MnS sous forme d’inclusions allongées dans le sens du laminage et contribue à la formation d’un copeau court et cassant. Le phosphore améliore la dureté et la résistance, et élève le seuil de fragilité à froid. La teneur en carbone varie de 0,08 à 0,45 %, celle du manganèse de 0,7 à 1,5 %, celle du soufre de 0,08 à 0,30 % et celle du phosphore de 0,08 à 0,15 %. La résistance et la dureté augmentent, alors que la plasticité diminue avec la teneur en carbone. Exemples : - Acier à 0,12 % C, R = 420 N/mm², HB = 160, A = 22 %. - Acier à 0,40 % C, R = 600 N/mm², HB = 207, A = 14 %. Parfois on rajoute à l’acier de 0,15 à 0,30 % de plomb qui fond lors de la coupe et diminue ainsi la résistance, les frottements et l'effort de coupe. Les aciers de décolletage étirés à froid (écrouis) ont une résistance assez élevée (jusqu’à 800 N/mm²), l'emploi de ces aciers est destiné à la fabrication de vis, de boulons, d’écrous, ainsi qu'aux pièces fortement sollicitées. Aciers d’amélioration Ce sont les aciers utilisés après trempe et revenu à haute température et contenant entre 0,3 et 0,5 % C. Les aciers d’amélioration doivent avoir une limite élastique élevée, une faible susceptibilité à l’entaille, une bonne pénétration de trempe et une faible aptitude à la fragilité de revenu. Les nuances contenants entre 0.35 et 0,45 % s’emploient surtout pour les pièces de sections relativement petites, ou sollicitées par des charges relativement faibles. Pour des pièces volumineuses, on emploi les aciers alliés pour augmenter la pénétration de trempe. Pour des pièces encore plus grandes, on utilise les aciers fortement alliés exposés ci-après. Aciers alliés au chrome L'addition du chrome de 0,8 à 1,2 % accroît la pénétration de trempe et permet de former un carbure plus dur que la cémentite, ce qui contribue à l’augmentation de la dureté, de la résistance à la rupture et à l’usure, sans accroître la fragilité. Les aciers alliés au chrome peuvent contenir d’autres éléments tels que le bore (0,002 à 0,005) % qui augmente la pénétration de trempe et le vanadium (0,1 à 0,2) % qui renforce les propriétés mécaniques de l’acier. Aciers alliés au chrome-manganèse. L’addition combinée de chrome (0,9 à 1,2 %) et du manganèse (0,9 à 1,2) % permet d’accroître suffisamment la résistance et la pénétration de trempe. Ces aciers s’emploient pour des pièces de sections variant de 20 à 40 mm. L’addition supplémentaire de titane à l’acier, abaisse son aptitude à la surchauffe. Aciers alliés au chrome-silicium-manganèse (chromansil) Les propriétés mécaniques de ces aciers sont très élevées. La composition chimique moyenne est constituée de : - 0,2 à 0,3 % C. - 0,9 à 1,1 % Cr. - 0,8 à 1,1 % Mn. - 0,9 à 1,2 % uploads/Ingenierie_Lourd/ classification-des-acierset-des-fontes 1 .pdf