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Université BADJI MOKHTAR ANNABA FACULTEDES SCIENCES DE L’INGENIORAT DEPARTEMENT

Université BADJI MOKHTAR ANNABA FACULTEDES SCIENCES DE L’INGENIORAT DEPARTEMENT METALLURGIE MEMOIRE DE MASTER DOMAINE SCIENCES ET TECHNIQUES FILIERE METALLURGIE OPTION TECHNOLOGIE DE FONDERIE Thème Présenté par : Dirigé par : Mr: ZIDOURI Belkacem Pr: MECHACHTI Said Jury de soutenance : HADJI Ali Président Pr Univ. Badji Mokhtar- Annaba MECHACHTI Said Rapporteur Pr Univ. Badji Mokhtar- Annaba LEMOUI Abdenacer Examinateur Dr Univ. Badji Mokhtar- Annaba HACINI Mohamed Examinateur Dr Univ. Badji Mokhtar- Annaba BENCHIKHA Tahar Examinateur Dr Univ. Badji Mokhtar- Annaba Promotion : Juin 2018. Comportement à la corrosion et l’usure d’un acier inoxydable austénitique (AISI 301) utilisé à la fonderie ALFET-Tiaret SOMMAIRE Le Titre la page Introduction Générale………...……………………………………………………………page 1 Chapitre I : Partie Bibliographique. Introduction………………………………………………………………………………………page 2 Historique…………………………………………………………………………………...…....page 3 1. Généralités………………………………………………………………………………….…page 4 1.2. Nuances martensitiques…………………………………………………………...……….page 5 1.4. Nuances austéno-ferritiques…………………………………………………….…..…….page 10 2.1. Normalisation européenne: NF EN 10027………………………………………….…….page 11 -1. Désignation symbolique……………… …….……..page 11 2.1.2. NF EN 10027-2.Désignation numérique…………………………………..………….page 12 2.2. Classification des nuances d’aciers inoxydables norme EN 10088………………..……page 12 2.3. Normalisation américaine et japonaise……………………………………………...…... page 13 3. Traitements thermiques…………………………………………………………………...…page 14 3.1. Aciers ferritiques………………………………………………………………….……...page 14 3.2. Aciers martensitiques………………………………………………………………….…page 14 3.3. Acier austénitique……………………………………………………………….……..…page 15 3.3.1. Traitement d’hypertrempe………………………………………………..………..….page 15 3.3.2. Traitement antiferrite……………………………………………………………….....page 15 3.4. Aciers austéno-ferritique………………………………………………………….….…page 16 4. L’effei des éléments prancépale dans les acier inoxydable………………….…..……….…page 17 4.1. Le carbone…………………………………………………………………………..……page 17 4.2. Le chrome Cr……………………………………………………………………………..page 17 4.3. Le nickel Ni…………………………………………………………………….……..….page 17 5. Diagramme Fe-Cr………………………….………………………………..……..…….….page 18 6. Diagramme Fe-Cr-Ni…………….………………….………………………..…….….……page 19 7. Les équivalents du Chrome et du Nickel……………………….……………….…….…….page 19 8. La Diffusion dans l’austénite et la ferrite…………………………………….………….….page 20 9. Traitement durcissement par precipitation………………………………….…………….…page 21 10. Précipitation du carbure de chrome M23C6 et M7C3……………………………..………page 22 11. La corrosion……………………………………………………………………..…………page 23 11.1. Definition…………………………………………………………………..…….……..page 23 11.2. La réaction électrochimique……………………………………………………….……page 23 11.3. Résistance à la corrosion………………………………………………………..………page 24 11.4. Passivation………………………………………………………………………….…..page 25 11.5. Potentiel de Corrosion…………………………………………………………………..page 26 12. Types de corrosion des aciers inoxydables………………………………………...………page 26 12.1. Corrosion par piqûres…………………………………………………………..……….page 26 12.2. La corrosion intercristalline ou intergranulaire (CIG)…………………….……………page 26 12.3. La corrosion sous contrainte………………………………………………...………….page 27 13. Tribologie…………………………………………………………………………….……page 28 13.1. La rugosité………………………………………………………………………….…..page 28 13.2. La Surface………………………………………………………………………………page 28 13.3. La Dureté………………………………………………...……………………………..page 29 13.4. La force de frotement……………………………………….…………………………..page 29 13.5. Pression de contact…………………………………………….………………………..page 29 14. Mécanismes d’usure……………………………………………………………………….page 29 14.1. Usure abrasive…………………………………………………………………….…….page 30 14.2. Usure adhesive…………………………………………………………………….……page 30 14.3. Usure corrosive (ou tribochimique)………………………………………………….....page 31 15. Cartes d’usure……………………………………………………………………………...page 31 16. Théorie du troisième corps…………………………………………………………….…..page 32 Chapiter : étude expérimentale. Introduction……………………………………………………………………………………..page 34 1. Matériau utilisée……………………………………………………………………..………page 34 2. Préparation d’échantillonnage……………………………………………….………………page 34 3. Traitement thermique………………………………………………………………………..page 35 4. Métallographique…………………………………………………………………..………..page 37 4.1. Polissage………………………………………………………………………...………..page 37 4.2. Attaque chimique et électrolytique……………………………………….………………page 37 5. Microscopie optique………………………………………………………………...……….page 38 6. Mesure de la Micro dureté…………………………………………………………………..page 39 7. L’essai de la corrosion………………………………………………………………………page 39 7.1. Préparation d'échantillonnage…………………………………………………...……….page 39 7.2. L’installation de l’essai…………………………………………………………………..page 40 7.3. Choix de la solution…………………………………………………………….…..…….page 40 8. L’essai d’usure………………………………………………………………………………page 42 8.1. Tribomètre Pion– Disque…………………………………………………………..…….page 42 Chapitre : Parte technologique. Introduction……………………………………………………………………………………..page 44 1. Présentation de l’entreprise……………………………………………….…………………page 45 2. Les Etapes de la conception de la pièce……………………………………………………..page 46 2.1. Cahier des charges…………………………………………………………………..……page 46 2.2. Dessin de définition de la pièce…………………………………………………………..page 47 2.3. Le plan de join……………………………………………………………………….……page 47 2.4. Procédé de moulage………………………………………………………………………page 48 2.5. Noyautage……………………………………………………………………….………..page 48 2.6. Le retrait…………………………………………………………………………………..page 48 2.7. Les dépouilles…………………………………………………………………………….page 48 2.8. Surépaisseur d'usinage………………………………………………………..…………..page 49 2.9. Les chassis………………………………………………………………………………..page 50 2.9.1. Choix la dimension de chassis……………………………………….…….………….page 50 2.10. Nombre de pièce dans le moule………………………………………..………………..page 51 2.11. La préparation des modèles…………………………………………..………...……….page 51 2.12. Position de la pièce dans le moule…………………………………..………………….page 52 2.13. Choix de Les équipements…………………………………………..……...…………..page 52 2.13.1. La fusion…………………………………………………………….……………….page 52 2.13.2. La coulee………………………………………………………………………...…..page 53 3. Calcule le system de remplissage………………………………………………..…………..page 53 3.1. Application numérique…………………………………………………….……………..page 54 3.1.1. Section globale des attaques ∑Sa…………………………………….……………….page 54 3.1.2. L’Echelonnement…………………………………………………….………………..page 54 3.1.3. Section globale de canal ∑Sch……………………………………………….….…….page 54 3.1.4. Section globale de descente ∑Sdc…………………………………………………….page 55 3.1.5. L’entonnoir………………………………………………………………………..…..page 55 4. Les Masselottes………………………………………………………………………..…….page 55 4.1. Le volume et dimension de la masselotte…………………………………..…………….page 56 4.2. Dimension de col de masselotte…………………………………………………………..page 57 5. La Réalisation de l'empreinte de moule………………………………………………..……..page58 Chapitre : Résultats et Discussions. Introduction…………………………………………………………………………………..…page 60 1. L’analyse chimique………………………………………………………………………….page 60 2. Traitement thermique………………………………………………………………………..page 60 3. la structure métallographique………………………………………………………………..page 60 4. la Micro dureté………………………………………………………………………..……..page 65 5. L’essai de la corrosion…………………………………………………………...…………..page 65 5.1. Solution NaCl 1%...............................................................................................................page 65 5.1.1. La technique OCP………………………………………………………………..……page 66 5.1.2. Technique potentiedynamique Tafel………………………………………..…………page 66 5.2. Solution H2SO4……………………………………………………………………….….page 67 6. Comportement tribologique de la nuance……………………………………………………page 68 7. Mecanismes du comportement tribologique……………………………………...………….page 71 Conclusion Générale …………………………………..………………………………. Page 72 Listes des figures et des tableaux. Chapitre I : Partie Bibliographique. FigureⅠ.1: structure ferritique ………………………………………………………..…….. Page 4 FigureⅠ.2: diagramme Fe-Cr avec un nuance firitique …………………..………………… Page 5 FigureⅠ.3: structure martensitique ………………………………………………….……… Page 6 FigureⅠ.4: Structure d’un acier inoxydable austénitique …………………….…………….. Page 7 FigureⅠ.6: structure austéno-ferritiques ……………………………………………….….. Page 10 FigureⅠ.8 : Courbe TRC d’un acier martensitique X20Cr13 ……………………….….…. Page 15 taux de ferrite des austéno ferritiques Ⅰ.11: diagramme de Phase fer-chrome- nikel ……………………………………… Page 19 FigureⅠ.12: Diagramme de constitution des aciers inoxydables, …………………………. Page 20 x: équivalent chrome, y: equivalent nickel, d’après Schaeffler FigureⅠ.13: Coefficients de diffusion volumique, tracés à partir de l’équation ………..… Page 21 I.3 pour différents éléments d’alliage dans une solution solide de fer pur FigureⅠ.14: les précipité de petite taille gènent le déplacement des dislocation ……....….. Page 22 FigureⅠ.15: Diagramme de précipitation de M23C6 dans un acier austénitique …….….… Page 23 FigureⅠ.16: palier de passivité ………………………………………………………….…. Page 24 FigureⅠ.17: Influence de la teneur en chrome sur les courbes ………………………..…… Page 25 anodiques des aciers inoxydables FigureⅠ.18: Procesus de Passivation ……………………………………………….…..….. Page 25 FigureⅠ.19: La corrosion par piqûres …………………………………………….….…….. Page 26 FigureⅠ.20: diminution locale de la teneur en Cr …………………………………….…… page 27 FigureⅠ.21: la sensibilite à la corrosion au joints de grain ………………….……….……. Page 27 FigureⅠ.22: phénomaine corrosion sous contrainte …………………………………….…. Page 28 FigureⅠ.23: Usure par abrasion ………………………………………………………..….. Page 30 FigureⅠ.24: Usure par adhesion …………………………………………………...……… Page 31 FigureⅠ.25: Usure par corrosion de contact ………………………………...…………….. Page 31 FigureⅠ.26: Carte d’usure pour un contact acier-acier à sec pour une ……………....…….. Page 32 configuration pion-disque, d’après Lim et Ashy FigureⅠ.27: Endommagements d’un corps frottant (type pion-disque) ………….….…….. Page 32 FigureⅠ.28: Débit de troisième corps dans un contact …………………………….….…… Page 33 TableauⅠ.1: Principales familles d’aciers inoxydables ferritiques …………………………. Page 5 Tableau Ⅰ.2: Principales familles d’aciers inoxydables martensitiques …………………….. Page 7 TableauⅠ.3: Principales familles d’aciers inoxydables austénitiques ……………..………. Page 9 TableauⅠ.4: Principales familles d’aciers inoxydables austéno-ferritiques ……….…..….. Page 11 TableauⅠ.5: Symboles des éléments d’alliage entrant dans ……………………….….….. Page 13 la composition des aciers inoxydables Chapitre II : Etude Expérimentale. FigureⅡ.1 : machine d’usinage (tour horizontal) ……………………….…………...……. Page 35 FigureⅡ.3 : les échantillons après usinages ………………………………….…….…...…. Page 35 FigureⅡ.4 : four de traitement …………………………………………….……….…….… Page 36 FigureⅡ.5:Cycle de traitement thermique ………………………………..…….…….……. Page 37 FigureⅡ.6 : polisseuse type hitecheurope (Ecole ENSMM) ……………….………...……. Page 37 FigureⅡ.7 : L’appareil d’attaque électrolytique (Ecole ENSMM) …………….…….….... Page 38 FigureⅡ.8 : microscope optique type Nikon éclipse LV150N (Ecole ENSMM) …….....…. Page 38 FigureⅡ.9 : Micro-duromètre modèle INNVATEST 400TM SERIES ……………….....… Page 39 (Ecole ENSMM) FigureⅡ.10 : Echantillons utilisés dans les essais de corrosion ……………………...……. Page 39 FigureⅡ.11 : Potensiostat/Galvanostat BIOLOGIC SP300 (Ecole ENSMM) ……....…….. Page 40 FigureⅡ.12 : Les entrées de l'installation ……………………………………………....….. Page 41 FigureⅡ.13 : Interface de fenêtre des paramètres …………………………………….....… Page 41 FigureⅡ.14 : Un aperçu de la méthode de mesure de l'intensité ………………….……..... Page 42 (mA) en fonction de la tension (V) FigureⅡ.15 : Tribomètre Pion – Disque type CSM Instruments (Ecole ENSMM) …..…… Page 42 TableauⅡ.1 : composition chimiques de matériau utilisée ………..………………...…….. Page 34 Chapitre : Parte technologique. FigureⅢ.1 : principe de la fabrication de pièce de fonderie ……………………….…..…… Page 45 FigureⅢ.2 : les étapes de la production de fer dans le secteur sidérurgie …………….……. Page 46 FigureⅢ.1: Dessin de définition de la pièce ………………………………………….….…. Page 47 FigureⅢ.2 : plan de joint ……………………………………………………………...……. Page 47 FigureⅢ.3 : Analyse de la dépouille réalisée par SolidWorks pour angle de 3° ………..….. Page 49 FigureⅢ.4 : les surfaces fonctionnelles ……………………………………………….……. Page 49 FigureⅢ.5 : châssis de dessus et châssis de dessous ………………………………..….….. Page 50 FigureⅢ.6 : le modèle avec fausse partie …………………………………………..……… Page 51 FigureⅢ.7 : la Position de la pièce dans le moule ………………………………….……… Page 52 FigureⅢ.8 : Principe d’un four électrique …………………………………………………. Page 52 FigureⅢ.9 : La Poche à Quenouille ………………………………………………………… Page 53 FigureⅢ.10: graphique pour la détermination de la vitesse spécifique de coulée …………. Page 54 FigureⅢ.11 : types des masselottes ………………………………………………..………. Page 56 FigureⅢ.12: La position de la pièce dans le moule avec ……………………………….…. Page 57 system de coulée et de masselotte FigureⅢ.13: demi moule supérieur et le demi moule inférieur …………………….……… Page 58 FigureⅢ.14: La pièce après le nettoyage …………………………………………….…….. Page 59 TableauⅢ.1 : le coefficient (C) en fonction de la densité relative de la pièce (Kv) ……..…. Page 53 TableauⅢ.2 : le coefficient de correction de la coulabilité de l’acier …………………...…. Page 54 TableauⅢ.3 : Les Valeurs de retrait pour réaliser les systèmes ………………………..….. Page 56 d'alimentation en alliage liquide Chapitre Ⅳ: Résultats et Discussions. FigureⅣ.1. : Schémas explicatifs des structures obtenus après ……………………….…… Page 61 différents traitements a)état brut b) de mise en solution FigureⅣ.2 : Structure d’un acier austénitique 301à l’état recuit ………………………… Page 62 a) X 100 ; b) X 200 ;c) X 500 FigureⅣ.3 : Structure d’un acier austénitique 301 après mise en solution à l’eau ………….. Page 63 a) X 100 ; b) X 200 ; c) X 500 FigureⅣ.4 : Structure d’un acier austénitique 301 après mise en uploads/Sante/ zidouri-belkacem 1 .pdf