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EXPOSE : LES ACIERS INTRODUCTION L’acier est un alliage métallique composé de f

EXPOSE : LES ACIERS INTRODUCTION L’acier est un alliage métallique composé de fer et de carbone, mais c’est sa teneur en carbone qui lui donne certaines propriétés. L’acier est un métal très utilisé, il fait d’ailleurs partie des métaux les plus utilisés au monde dans plusieurs domaines, mais l’on s’en sert à plus de 50% dans le domaine du génie-civil. L’essentiel de notre travail tournera autour des 4 grands points ci-après : I. HISTOIRE II. DIFFERENTES FAMILLES DES ACIERS ET LEURS CARACTERISTIQUES III. AVANTAGES ET INCONVENIENTS I. HISTOIRE Réaumur est le premier à théoriser le fait que l’acier est en état intermédiaire entre la fonte et le fer pur, mais les technologies de l’époque ne permettent pas d’être scientifiquement précis. C’est en 1786 que l’on voit la métallurgie comme étant une science. Cette année là, trois savants français de l’école de LAVOISIER, Berthollet, Monge et Vandesmonde présentent un exposé sur le fer à l’Académie Royale des sciences, exposé durant lequel ils redéfinissent trois types de produits ferreux : le fer, la fonte et l’acier. L’acier est produit par le fer, lui- même produit par affinage de la fonte issue du haut fourneau. Il est plus résistant que le fer et moins fragile que la fonte. Mais même à ce niveau, sa transformation n’est pas encore assez bien élaborée pour l’industrialisation. C’est en 1856, grâce au procédé de Bessmer que l’on sera capable d’élaborer directement l’acier à partir de la fonte. II. DIFFERENTES FAMILLES DES ACIERS ET LEURS CARACTERISTIQUES A. 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 dépasse 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. 1. 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.  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.  Les aciers effervescents : Ce sont des aciers insuffisamment désoxygénés et qui contiennent une quantité non négligeable. Le métal est dit effervescent à cause des bulles de gaz qui se dégagent suite à la réaction de fer 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.  Les aciers semi-calmés : Ce sont des aciers intermédiaires entre les aciers calmés et effervescents et trouvent aujourd’hui un emploi toujours plus large. 1. 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. Ainsi après trempe à l’eau, la limite élastique des tôles laminées s’accroît légèrement sans que la plasticité ne se dégrade. 2. Aciers de construction de qualité. Ces aciers ont une composition chimique plus rigoureuse, des teneurs plus faibles en soufre et en phosphore 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. 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.). 3. 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 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. 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, l’emploi de ces aciers est destiné à la fabrication de vis, de boulons, d’écrous, ainsi qu’aux pièces fortement sollicitées. 4. 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. 5. 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 millimètres. L’addition supplémentaire de titane à l’acier, abaisse son aptitude à la surchauffe.  Aciers alliés au chrome-nickel. Ces aciers possèdent une bonne résistance, une bonne ductilité et une grande pénétration de trempe. Ils sont employés pour la fabrication de grosses pièces de formes complexes, sollicitées en service à des chocs et des charges vibratoires. Le nickel assure la ductilité maximale, et combiné au chrome, ils assurent une pénétration de trempe élevée. Combiné au molybdène, le nickel abaisse sensiblement le seuil de fragilité à froid. Enfin nous avons rassemblé les principales nuances des aciers alliés d’amélioration et leurs caractéristiques dans le tableau ci-dessous. 6. Aciers de cémentation. Ce sont des aciers à faible teneur en carbone (0,10 à 0,25) %. Après trempe, cémentation et revenu à basse température. Les aciers de cémentation doivent avoir au cœur des propriétés mécaniques élevées, en particulier, une très haute limite élastique. Les éléments d’alliage améliorent les propriétés mécaniques.  Aciers alliés au chrome. La teneur en chrome des pièces simples, varie de 0,7 à 1 %, la profondeur de la couche cémentée atteint 1,5 millimètres.  Aciers alliés au chrome-vanadium. L’addition de vanadium (0,1 à 0,2) % à un acier au chrome, améliore ses propriétés mécaniques, celles-ci, deviennent au cœur. La faible pénétration de trempe de ces aciers ne permet de les utiliser que pour des pièces de petites dimensions (axes de pistons, arbres à cames).  Aciers alliés au chrome-nickel. L’addition simultanée de chrome et de nickel augmente la résistance, la plasticité et la ductilité au cœur des pièces. De plus, le nickel augmente la résistance et la ductilité de la couche cémentée. Ces uploads/Ingenierie_Lourd/ expose-sunny-aciers.pdf