CHAPITRE VI
PRESENTATION ET INTERPRETATION DES
RESULTATS
Pour ce chapitre nous nous sommes limités aux essais de
traction à l'état brut de coulée ainsi que les essais
dureté et de résilience à l'état de coulée
et à l'état trempé.
Nous étudierons l'influence du traitement thermique sur
les propriétés mécaniques. Cette étude comprend
l'influence de la température, l'influence du milieu de refroidissement,
l'influence du temps de maintien pour arriver à trouver un meilleur
compris entre la dureté et la résilience de la nuance d'acier qui
fait l'objet de notre étude.
VI.1. Caractérisation des échantillons
La nuance A3SS 30NiCrD13 est une composition locale que les
ACP utilisent pour la fabrication du lower Mantle (pièce à
cône utilisée dans le concasseur à cône). C'est acier
faiblement allié au nickel auquel on ajoute des petites quantités
de chrome, molybdène et manganèse.
Ci-dessous nous donnons dans le tableau V.1. la
caractérisation chimique de la nuance A3SS.
|
Eléments
|
C
|
Mn
|
Ni
|
Cr
|
Mo
|
Ti
|
Pb
|
Cu
|
|
Teneurs
|
0,30
|
0,89
|
3,26
|
1,22
|
0,22
|
0,28
|
0,01
|
0,76
|
Tableau VI.1 : Caractérisation chimique de
la nuance A3SS
Le Nickel est un élément gammagène et
graphitisant, 3 fois moins énergique que le silicium. Dans les aciers
à bas carbone et à des teneurs inférieures à 6% en
Nickel, il augmente la résistance mécanique, la limite
élastique mais diminue la dureté et de l'allongement à la
rupture. Au-delà de 1%, il diminue le grossissement du grain lors de
l'austénitisation et conduit à l'augmentation de la
résilience.
Le manganèse, à la teneur de 0,89%, bloque
l'effet graphitisant du nickel. Le chrome améliore l'aptitude à
la trempe, accroit la résistance à la rupture sans diminuer la
ductilité de façon appréciable. Le molybdène quant
à lui améliore les propriétés de résistance
aux chocs des aciers trempés.
Ci-dessous nous donnons les propriétés
mécaniques et la microstructure obtenues après coulée.
48
HB et KCV
|
(HB)
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KVC
(J/cm2)
|
Etat brut
de coulée
(A3SS)
|
284
|
3,4
|
0,8
|
4,3
|
|
4
|
0,8
|
5,0
|
|
3,8
|
0,8
|
4,8
|
|
3,5
|
0,8
|
4,4
|
|
4,5
|
0,8
|
5,6
|
Moyenne
|
280
|
|
|
4,8
|
|
Tableau VI.2 : propriétés
mécaniques à l'état brut de coulée
b) Traction
|
N° ECH
|
Diamètre
(mm)
|
section
(mm2)
|
Force
(kg)
|
contrainte
(kgf/mm2)
|
Allongement
|
Longueur
utile (cm)
|
|
mm
|
%
|
|
1
|
13,48
|
142,64
|
3345
|
23,45
|
0
|
-
|
19,5
|
|
2
|
11,6
|
105,63
|
3150
|
29,82
|
0
|
-
|
19
|
|
3
|
10,16
|
81,03
|
2505
|
30,91
|
0
|
-
|
14
|
|
4
|
9,6
|
72,35
|
3010
|
41,61
|
0
|
-
|
12,5
|
Tableau VI.3 : Essais de traction
L'analyse du tableau VI.3 montre que le matériau a
connu une rupture fragile qui est traduite par la valeur nulle de l'allongement
cela est dû par les défauts d'homogénéisation que
présentent les échantillons. Nous pouvons aussi le constater sur
le tableau VI.2 par les valeurs de dureté et résilience. Le
matériau est dure et moins ductile ce qui explique sa rupture
fragile.
Dans la micrographique ci-dessous représentant la
structure du matériau à l'état brut de coulée, l'on
remarque la présence de ferrite, perlite et carbures reparties d'une
façon homogène.
49
Figure VI.1 : structure cristallographique de
l'alliage à l'état brut de coulée
VI.2. Essais mécaniques
Les différents essais réalisés ont eu
comme objectif spécifique de donner un aperçu sur les
propriétés mécaniques tel que la dureté, la
résistance mécanique et la résilience. Par la suite nous
étudierons l'influence de la température de traitement, du temps
de maintien, du milieu de refroidissement ainsi que l'influence des
éléments d'addition.
VI.2.1. Influence de la température
d'adoucissement a) Présentation des
résultats
Dans cette série d'essais, il a été
question d'étudier l'impact de la température
d'austénitisation du traitement thermique sur les
propriétés comme la dureté et la résilience. Les
températures ont été variées dans les gammes
suivantes : AC3+30°C, AC3+50°C, AC3+80°C et AC3+100°C. Le
choix de la température a été opéré en
raison de la teneur en carbone de la nuance étudiée puisque
l'austénitisation se fait à AC3 + X°C et ce point se situe
pratiquement à environ 860°C, température à laquelle
nous sommes allés, pour cas d'étude. Les paramètres
constants que nous nous sommes fixés sont le milieu de refroidissement
(four) et le temps de maintien qui est de 30 minutes.
Les résultats obtenus sont repris dans le tableau V.2
qui représente la variation de la dureté et de la
résilience en fonction de la température.
Ainsi nous retiendrons une température qui nous
fournira le meilleur compris entre la dureté et la résilience.
300
250
200
150
100
50
0
HB K (J/cm2)
4
8
6
0
20
2
18
16
14
12
10
|
890°C
|
910°C
|
940°C
|
960°C
|
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KCV
(J/cm2)
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KCV
(J/cm2)
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KCV
(J/cm2)
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KCV
(J/cm2)
|
|
Adoucissement
(A3SS)
|
7,5
|
0,8
|
9,375
|
15
|
0,8
|
18,75
|
8,7
|
0,8
|
10,875
|
12
|
0,8
|
15,00
|
|
8,2
|
0,8
|
10,25
|
15,7
|
0,8
|
19,63
|
9
|
0,8
|
11,25
|
12,6
|
0,8
|
15,75
|
|
7,2
|
0,8
|
9
|
14,5
|
0,8
|
18,13
|
9,3
|
0,8
|
11,625
|
11,5
|
0,8
|
14,38
|
|
Moyenne
|
|
|
9,54
|
|
|
18,83
|
|
|
11,25
|
|
|
15,04
|
Tableau VI.4 : Essais de résilience de
l'A3SS après traitement d'adoucissement
|
HB
|
K (J/cm2)
|
|
Etat brute de coulé
|
280
|
4,8
|
|
AC3+30°C
|
220
|
9,54
|
|
AC3+50°C
|
240
|
18,83
|
|
AC3+80°C
|
212
|
11,25
|
|
AC3+100°C
|
180
|
15,05
|
Tableau VI.5 : moyenne de valeur de
résilience et de dureté aux températures
d'adoucissement
50
Graphique VI.1 : l'Influence de la
température d'adoucissement sur HB et K
b) Interprétation
L'analyse du tableau VI.5 (qui donne la moyenne à
différentes températures) et
du graphique VI.I, montre que les éléments
d'alliage n'agissent pas sur la dureté à l'état brut de
coulée parce qu'à l'état brut de coulée la hausse
de la dureté est due à la
51
ségrégation lors de la solidification et
à la présence des carbures. Nous remarquons qu'en chauffant
l'éprouvette sur le palier de températures données
ci-haut, la dureté baisse de moins en moins pour les températures
élevées ; cela est dû à la dissociation des carbures
qui sont témoins de la dureté dans les aciers. Les hautes
températures peuvent également données lieu à un
grossissement des grains austénitiques. A la température de
AC3+80°C et avec un refroidissement trop lent, nous constatons une
diminution de la dureté à environ la valeur que nous nous sommes
assignés comme objectif, néanmoins la résilience du
matériau n'augmente pas comparativement aux températures de 910
et 960°C.
c) Microstructure
Les figures VI.2, VI.3 et VI.4 donnent l'évolution de la
structure de la nuance selon les
températures considérées.
Figure VI.2 micrographie de l'acier A3SS
chauffé à AC3+30°C et refroidi dans le four
Constatons une présence de ferrite en
prépondérance, une faible quantité d'austénite et
de la perlite avec mise en évidence des défauts ponctuels. Cette
structure est due au refroidissement très lent qui donne les structures
d'équilibre avec diffusion du carbone, témoin la chute de la
dureté et la remontée de la résilience.
52
Figure VI.3 micrographie de l'acier A3SS
chauffé à AC3+50°C et refroidi dans le four
Nous remarquons une présence de la ferrite,
cémentite et de l'austénite résiduelle. Avec le
refroidissement lent, étant donné que nous avons un acier
faiblement allié, il y a lieu de retrouver de l'austénite
résiduelle dans la pièce. Cette structure nous donne une bonne
résilience puisqu'il y a dissociation des carbures et présence de
l'austénite et le nickel présent dans l'alliage diminue le
grossissement des grains ce qui conduit à l'augmentation de la
résilience.
Figure VI.4 : Micrographie de l'acier A3SS
chauffé à AC3+80°C et refroidi dans le four
VI.2.2. Influence du milieu de
refroidissement
a) Présentation des
résultats
Etant donné que dans les conditions d'utilisation de la
pièce (Lower Mantle) qui
est sollicitée aux chocs, dans cette série
d'essais, il a été question de remonter la dureté
aux contions d'utilisations qui sont 300-400 HB. Pour cela
nous avons étudié différents milieu de refroidissement et
voir lequel nous donnera les caractéristiques voulues tout en gardant la
température de maintien de 910°C, température qui nous a
dégager un optimum entre la dureté et la résilience, et le
temps de maintien 30 minutes. Les milieux étudiés sont le four
(qui donne des faibles vitesses de refroidissement), l'air (vitesses moyennes)
et l'eau (vitesses assez rapides).
Dans le tableau VI.5 sont reprises les valeurs de
dureté et de résilience selon les différents milieux.
|
refroidissement dans le
four
|
refroidissement dans
l'air
|
refroidissement dans
l'eau (trempe)
|
|
HB
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KCV
(J/cm2)
|
HB
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KCV
(J/cm2)
|
HB
|
W
(J)
|
S
(cm2)
|
KCV
(J/cm2)
|
|
Austénitisation à
910°C/30'
|
243
|
15
|
0,8
|
18,75
|
302
|
9,6
|
0,8
|
12
|
327
|
15,2
|
0,8
|
19
|
|
238
|
15,7
|
0,8
|
19,63
|
305
|
10,5
|
0,8
|
13,13
|
330
|
15,3
|
0,8
|
19,1
|
|
240
|
14,5
|
0,8
|
18,13
|
303
|
10
|
0,8
|
12,5
|
326
|
15
|
0,8
|
18,8
|
|
Moyenne
|
240
|
|
|
18,83
|
303
|
|
|
12,54
|
328
|
|
|
19
|
Tableau VI.6 : Essais de dureté et
résilience de l'A3SS après austénitisation à
910°C pendant 30 minutes
La figure ci-dessous représente les valeurs de
dureté et de résilience selon les différents milieux de
refroidissement
|
HB
|
K (J/cm2)
|
|
Four
|
240
|
18,83
|
|
Air
|
303
|
12,54
|
|
Eau
|
328
|
19
|
53
Tableau VI.7 : valeurs moyennes de dureté et
résilience après austénitisation à
910°C
Four Air Eau
HB K (J/cm2)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
350
300
250
200
150
100
50
0
54
Graphique VI.2 : Histogramme des valeurs moyennes
de résilience et dureté après austénitisation
à 910°C et
refroidissement selon les milieux
b) Interprétation
L'analyse de l'histogramme montre que pour un refroidissement
dans l'eau
(trempe), la dureté augmente avec la résilience
et un optimum se dégage vu qu'à cette température
l'austénitisation s'est faite totalement et les carbures ont eu le temps
de se dissoudre. Cela s'expliquerai par le fait qu'en étant à
910°C, on obtient l'austénite qui dissout un grand pourcentage en
carbone (témoins de la dureté dans les aciers) par rapport
à la ferrite et en faisant un refroidissement à une grande
vitesse, cette austénite est gardée à basse
température sans diffusion du carbone. Ceci a directement un impact sur
la dureté et le nickel qui se trouve en solution solide minimise le
grossissement des grains lors de l'austénitisation pour donner lieu
à une bonne résilience.
55
c) Micrographie
Les figures VI.5 et VI.6 représentent
l'évolution de la structure selon les différents milieux de
refroidissement.
Figures VI.5 : structure de l'A3SS après
austénitisation à 910°C et refroidissement à
l'air
Figures VI.6 : structure de l'A3SS après
austénitisation à 910°C et refroidissement à
l'eau
La figure VI.4 fait apparaitre une structure
austéno-ferritique avec une grande proportion d'austénite,
présence des carbures et de ferrite repartis de façon
homogène tandis que la figure VI.5 quant à elle présente
une structure avec une grande prépondérance en austénite.
Ces structures sont témoins des valeurs de dureté et
résilience obtenues.
|
|
