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Composites Céramiques Polymères Métalliques Alliages ferreux Fontes Aciers Alli

Composites Céramiques Polymères Métalliques Alliages ferreux Fontes Aciers Alliages non-ferreux Alliages d’Aluminium Alliages de Cuivre Alliages de titane Les différentes familles de matériaux Les alliages ferreux représentent encore une très grande proportion dans l’utilisation des alliages métalliques (50% des métaux dans une automobile). - - Chapitre I - Les aciers Sommaire  Introduction et définitions  Les différentes familles d’aciers  Les traitements thermiques des aciers dans la masse  Les traitements de surface des aciers  Influence des éléments d’addition  Les aciers à outils  Les aciers inoxydables - Introduction et définitions Diagramme Fer-Carbone Trois types d’alliages : le fer pur  les aciers et les fontes. faibles propriétés mécaniques  usage industriel - - Diagramme Fer-Carbone : généralités Les principales phases de ce système sont : la ferrite α et Ferrite  la cémentite Fe3C Cémentite Fe3C Austénite  l’austénite γ, Diagramme Fer-Carbone : variétés allotropiques du fer  Les différentes variétés allotropiques du fer - La ferrite  (fer ) : de 1401 à 1528°C o structure CC (a = 293 pm) o forme peu importante au niveau industriel - La ferrite (fer ) : jusqu’à T=906°C o forme stable du fer o structure cristalline cubique centrée (CC, a = 290 pm) o solubilité du C est alors très faible (< 0,02 %) Ferrite  (x90) - L’austénite (fer ) : de 906 à 1401°C o structure cubique à faces centrées (CFC, a = 360 pm) o solubilité du C peut alors atteindre ~ 2 % en masse o nouvelle phase est de forme plus compacte et plus déformable Austénite (x325) - Diagramme Fer-Carbone : aciers Définition : Les aciers sont des alliages dont la teneur en carbone reste inférieure à 2% (en masse). En pratique, on ne trouve qu’exceptionnellement des aciers à plus de 1,2% C Aciers % en masse de C < 2% Diagramme Fer-Carbone : constituants des aciers  Constituants des aciers recuits  La ferrite α à T ambiante c’est du fer presque pur, dont les propriétés sont : • Faible limite d'élasticité (Re = 150 MPa) • Faible résistance mécanique (Rm = 280 MPa environ et dureté HV = 80) • Grande ductilité (A = 35 %) • Densité ρ = 7,86 g.cm-3  La cémentite Fe3C ( 6,67 % C) est un carbure de fer à ductilité quasi nulle (comportement fragile), les propriétés sont : • Limite d’élasticité supérieure à 2 000 MPa (dureté voisine de HV = 700) • Densité ρ = 7,82 g.cm-3  La perlite est un mélange biphasé de ferrite (88,3 % m) et de cémentite (11,7 % m) • Microstructure sous forme de lamelles fines alternées (perlite lamellaire) • Propriétés mécaniques intéressantes : - ductilité issue de la ferrite et - limite d’élasticité issue de la cémentite • Résistance mécanique (Rm (MPa) = 180 + 3800 λ–1/2, avec λ distance interlamellaire en nm) • Ductilité (A = 10 %) • Plus stable à la corrosion Diagramme Fer-Carbone : fontes Fontes (2% < %m C < 6,67%) Définitions : Les fontes sont des alliages dont la teneur en carbone est supérieure à 2% en masse Les fontes subissent toujours la transformation eutectique (vers 1130°C) Fontes blanches : Le carbone se retrouve toujours sous forme de cémentite Fontes grises : Le carbone se retrouve sous forme de graphite libre (carbone pur) et de cémentite Diagramme Fer-Carbone : aciers Alliage particulier : Il correspond au point eutectoïde du diagramme Fe-C (- autres éléments).  teneur en carbone ~ 0,8% (teneur variable selon la présence d’autres éléments d’alliages).  Alliage eutectoïde. Aciers % en masse de C < 0,2% point eutectoïde Diagramme Fer-Carbone : aciers Aciers point eutectoïde Aciers hypo-eutectoïdes : Les aciers subissant au cours de leur refroidissement la réaction eutectoïde (% C > 0,02%) et dont la teneur en carbone est inférieure à 0,8% Hypo-eutectoïde Aciers hyper-eutectoïdes : Les aciers dont la teneur en carbone est supérieure à 0,8% Hyper-eutectoïde Diagramme Fer-Carbone : acier  Constitution et répartition des constituants  L’acier eutectoïde (0,8% en masse de C) o Hautes températures, l’alliage ne contient que la phase d’austénite o Lors du refroidissement, aucun changement avant d’atteindre la T eutectoïde (~ 727°C) o En dessous de cette T la totalité de l’austénite est précipitée en perlite  L’acier hyper-eutectoïde (0,8 à 2% en masse de C) o Idem à haute T o Au refroidissement, formation d’une seconde phase (cémentite) o En dessous de T eutectoïde, l’austénite restante se transforme en perlite o Ces aciers sont peu utilisés industriellement (très fragiles)  L’acier hypo-eutectoïde (8.10-3 à 0,8% en masse de C) o Hautes T : l’alliage ne contient que la phase d’austénite o En refroidissant  2 phases coexistent : l’austénite et la ferrite o En dessous de T eutectoïde, la totalité de la phase d’austénite se transforme en perlite alors que la phase de ferrite ne subit que peu de modification o Ces aciers sont les plus utilisés industriellement Les Différentes familles d’acier  Aciers à outils alliés  Aciers maraging ou (martensite-aging)  Aciers inoxydables  Aciers réfractaires  Aciers au manganèse  Aciers ordinaires  Aciers au carbone non alliés Les aciers : les différentes familles Les différentes familles :  Les aciers d’usage général  Les aciers faiblement alliés  Les aciers alliés Les aciers d’usage général : aciers ordinaires Composition :  Teneur maximale de 0,25 % en masse de C  Présence de différents éléments d’additions (faible quantité) Propriétés :  Bonne soudabilité  Insensibles aux traitements thermiques  Amélioration des propriétés par écrouissage  Limites d’élasticité intéressantes Utilisation :  Aciers de construction d’usage général  Aciers de décolletage à bas carbone  ... Désignation : EN S 235 Écriture selon la norme NF EN 10020 Lettre identifiant l’emploi de l’acier Limite d’élasticité (MPa) Exemple : EN S235 : acier de construction Re = 235 MPa EN E335 : acier de construction mécanique Re = 335 MPa Les aciers d’usage général : aciers au carbone non alliés Aciers pour cémentation : (< 0,2 % C) traitements superficiels d’enrichissement en carbone, d’où une couche trempable et durcissante Écriture selon la norme NF EN 10020 Lettre identifiant l’emploi de la désignation à partir des compositions chimiques Teneur en carbone (30  0,3% en masse de C) Désignation : EN C 30 Exemple : EN C25E (ancien XC25) : acier non allié ayant 0,25% de C avec une indication supplémentaire définie dans le fascicule FDR 10260 (info traitement thermique) Aciers à très haute résistance à très bas carbone valeurs élevées de Re et de Rm, une bonne ductilité (A > 13 %) et une résilience élevée Aciers pour traitements thermiques de trempe et de revenu pour des teneurs en carbone moyennes de 0,25 à 0,6 % Aciers à teneurs élevées en carbone ils sont réservés pour des usages exigeant des hautes résistances, grande dureté, tenue à l’usure Aciers microalliés à haute limite d'élasticité teneurs moyennes en carbone, faibles additions (moins de 0,1 %) et des traitements très contrôlés Les aciers faiblement alliés  Dans cette famille, la règle est qu’aucun élément n’atteigne 5 % Écriture selon la norme NF EN 10020 Désignation : EN 36 CrNiMo 16 Exemple : EN 36CrNiMo16 : acier allié à 0,36% en masse de C, 4% de chrome et contenant du nickel et du molybdène. Teneur en carbone (36  0,36% en masse de C)  L’apport des éléments d’alliage va permettre d’augmenter la résistance mécanique et d’augmenter la profondeur de trempe  Selon le choix des éléments d’alliage, on favorise : - La limite d’élasticité (Si pour les ressorts) - La résistance à l’usure (Mn et Si) - La résistance aux chocs (Ni-Cr, Ni-Cr-Mo)  Relativement accessibles par leur prix  Matériaux de choix pour la construction mécanique Symbole chimique dans l’ordre croissant des teneurs Valeurs de ces teneurs affectées d’un chiffre multiplicateur fonction de l’élément Les aciers faiblement alliés  Influence des éléments d’additions sur les propriétés Eléments d’addition Caractéristiques Cr Co Mn Mo Ni Ti W V P Si Trempabilité ++ - +++ +++ ++ ++ +++ +++ + ++ Durcissement ferrite + +++ ++ + + + ++ + Revenu ds ds ds Dureté et résistance mécanique ++ + ++ ++ + + + + + + Ductilité - + + + + + + - - Résilience + + + + + + + + Soudabilité - + + + - Forgeabilité + + + + Usinabilité - + - + - Résistance à la corrosion et à la chaleur ++ + + + + - + favorable, - défavorable, ds : durcissement secondaire Les aciers alliés  Les teneurs en éléments d’alliage peuvent dépasser 5 % Désignation : EN 2 Ni18Co8Mo5TiAl Teneur en carbone (2  0,02% en masse de C) Eléments Multiplicateur Cr, Co, Mn, Ni, Si,W Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr N, P, S B 4 10 100 1000 Exemple : EN 2 Ni18Co8Mo5TiAl : acier allié à 0,02% en masse de C, 4,5% en masse de uploads/Sante/ les-aciers-engineering-example-calculation-pdf.pdf