[Texte]
MOUSSAC Rémi VIEIRA ROSA Stella GIM ED3
TP TRAITEMENT
THERMIQUE - MATA
Lundi 13/11/2017
ANDRIETTA CHAGAS Pedro
GIM ED4
[Texte]
ANDRIETTA CHAGAS
ED4
Introduction
Objectif
Notre objectif lors de cette expérimentation était d’évaluer l’influence des traitements
thermiques des aciers sur ses propriétés mécaniques et comment cette influence varie entre
différentes nuances d’acier.
Aciers étudiés
Acier C42 :
L’acier C42 est un acier non allié spécial. La désignation C lettre C symbolise un acier
non allié spécial. Le 42 évalue le pourcentage de carbone fois 100.
Ils sont utilisés généralement pour les assemblages soudés, les constructions en
bâtiment (acier S), en usinage et en pliage.
Composition chimique en % :
C
0.37 – 0.44
S
<0.035
Mn
0.50 – 0.80
P
<0.035
Si
>0.40
Acier 35CrMo4 :
L’acier 35CrMo4 est un acier allié. Leur teneur en manganèse est supérieur à 1% et
aucun autre élément d’addition ne dépasse 5% en masse, donc on peut le classifier, plus
particulièrement, comme un acier faiblement allié, approprié pour la déformation thermique.
L’absence de symbole devant le chiffre 30 caractérise les aciers faiblement alliés. Le
nombre 30 représente le pourcentage de carbone en masse, suivi par les éléments d’addition
par ordre décroissant de teneur. Le dernier nombre représente la teneur du premier élément
d’addition pondéré par un coefficient propre à chaque élément. Les autres éléments ne sont
pas quantifiés mais sont tous inférieur à 1%.
Ces aciers sont utilisés pour des applications nécessitant une haute résistance, comme
roulements à billes (100Cr6), rails de chemins de fer, pointes d’aiguillages (pour les aciers au
manganèse), canettes de boissons (aciers à l’étain), par exemple.
Composition chimique en % :
C
0.35
Cr
1
Mo
0.20
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Préparation
Pour l’expérimentation on a utilisé 8 éprouvettes de l’acier C42 et 4 éprouvettes de
l’acier alliée 35CrMo4. On a créé 4 groupes de 3 personnes et chaque groupe a fait des essais
de 3 éprouvettes.
Avant les traitements on a fait l’austénitisation des éprouvettes dans un four à
température fixe de 850°C pendant 30 minutes avec des morceaux de charbon qui agissant
comme une source préférentielle de carbone pour éviter l’oxydation des éprouvettes, vu qu’on a
une atmosphère très riche en CO/CO2 dans le four.
Traitements thermiques
Le recuit complet
Le recuit complet est un traitement thermique caractérisé pour un chauffage de l’acier,
suivi d’un refroidissement contrôlé. Les temps de maintien et refroidissement influencent la taille
de grains et, par conséquence, les propriétés obtenues. Ce type de traitement permet d’éliminer
ou réduire les contraints résiduelles du métal ou d’obtenir une microstructure favorable à un
procédé de mise en œuvre ou un traitement thermique ultérieur.
La normalisation
La normalisation est équivalente d’un recuit à haute température suivi d’un
refroidissement à l’air, avec le but de permettre un adoucissement et l’élimination des
contraintes liées à une opération précédente.
La trempe
La trempe consiste à chauffer la pièce jusqu’à une température au-dessus de la
température d’austénitisation et après réaliser un vite refroidissement (à l’eau ou à l’huile).
L’objectif est de durcir le métal et ce procédé est généralement suivi par un revenu.
Le revenu
Le revenu consiste en un chauffage de la pièce (au-dessous de la température
d’austénitisation), un maintien pendant un temps donné et un refroidissement approprié. Le but
de ce traitement est d’atténuer les effets de la trempe et augmenter la ductilité et ténacité de la
pièce.
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Essais
Essai Charpy
L'essai Charpy a pour objectif mesurer l'énergie nécessaire pour rompre en une seule fois
une éprouvette préalablement entaillée et donc sa résistance à la rupture. On utilise un
« mouton-pendule » muni à son extrémité d'une pièce appelée « couteau » qui permet de
développer une certaine quantité standardisée d’énergie au moment du choc. Cette quantité est
de 300 joules selon la norme européenne. Le système utilisé pour l’essai est schématisé dans
la figure ci-dessous.
Schéma simplifié de la machine utilisée pour l’essai Charpy
L'énergie absorbée est mesurée para différence d'énergie potentielle entre l’état initial et
l’état final du pendule. Certaines machines sont munies d’une graduation qui permet de
connaître la hauteur du pendule au départ ainsi que la position la plus haute que le pendule
atteindra après la rupture de l'éprouvette. Dans le cas de ce travail pratique, la machine utilisée
faisait le calcul de l’énergie absorbée automatiquement selon l’expression suivante :
𝐸 = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ − 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ′ = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ (ℎ − ℎ′ )
Essai Rockwell
Les essais de dureté Rockwell ont pour but de mesurer la dureté superficielle d’une pièce à
partir de pénétrations mécaniques de la surface avec un pénétrateur qui peut être un cône en
diamant ou d'une bille en acier trempé polie, par exemple. Il existe en fait plusieurs types
d’essai Rockwell selon le type de pénétrateur et la force appliquée. Les plus utilisées sont ceux
notée par les lettres A, B et C :
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Échelle Symbole
Pénétrateur
Force Totale (N)
A
HRA
Cône de diamant de section circulaire à
pointe arrondie sphérique de 0,2 mm
588,6
B
HRB
Bille en carbure de tungstène de 1,5875
mm (1/16 de pouce) de diamètre
981
C
HRC
Cône de diamant de section circulaire à
pointe arrondie sphérique de 0,2 mm
1471,5
Machine de dureté Rockwell
L'essai se déroule en trois phases :
1. Application sur le pénétrateur d'une charge initiale 𝐹0 = 98 𝑁 (10 kgf) qui lui fait
s’enfoncer d'une profondeur initiale I. Cette profondeur est l'origine utilisée pour
mesurer la dureté Rockwell ;
2. Application d'une force supplémentaire 𝐹1 . Le pénétrateur s'enfonce d'une
profondeur de P ;
3. Déchargement de la force 𝐹1 mais maintien de la force 𝐹0 . On fait la lecture de
l'indicateur d'enfoncement.
Pour la dureté HRC, utilisée dans ce travail pratique, la valeur de la dureté est donnée par
la relation suivante, où 𝑟 est la valeur de la profondeur pénétrée :
𝐷𝑢𝑟é𝑡é 𝐻𝑅𝐶 = 100 − 𝑟
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Essai Vickers
L’essai de dureté Vickers se fait avec un pénétrateur normalisé en diamant en forme de
pyramide de base carrée et d'angle au sommet égal à 136° sur lequel on applique une force,
comme montré dans le schéma suivant. La force et la durée de l'appui sont normalisées.
Pour calculer la dureté du matériau, on utilise les mesures des diagonaux de l'empreinte
laissée par le pénétrateur. À l'aide d'un appareil optique, on obtient les valeurs des diagonaux
𝑑1 et 𝑑2 , et la moyenne de ces des valeurs, 𝑑. Ensuite, on utilise la formule :
𝐻𝑉 =
2𝐹 ∙ sin(136°/2)
9,80665 ∙ 𝑑²
Cet essai est très utilisé en laboratoire pour sa précision, mais dans les environnements
industriels on préfère des méthodes plus rapides comme l’essai Rockwell.
Machine et schéma du pénétrateur et de l’empreinte de l’essai Vickers
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Résultats
Acier
C42
35CrMo4
Traitement
Résilience
HRC
Recuit complet (R)
Recuit de normalisation (N)
30,8
40,8
Trempe à l'eau (E)
Trempe à l'huile (H)
Trempe à l'eau + revenu 300°C (E3)
Trempe à l'huile + revenu à 300 °C (H3)
Trempe à l'eau + revenu 620°C (E6)
Trempe à l'huile + revenu 620 °C (H6)
Recuit normalisation (XN)
Trempe à l'eau (XE)
Trempe à l'huile (XH)
Trempe à l'huile+ revenu 620°C (XH6)
12
41
36,2
48,3
84
65,1
7,7
3,1
6,8
88,6
HV
*
6,7
HRC
stdev
0
0,8
Facies
151
218,7
HV
stdev
4
4
47,2
21,4
42,1
19,1
21,3
10,8
27
51,4
46,5
28,6
3,5
3
3,1
0,4
1,7
1,7
1,6
0,7
2
1,4
339,3
285
344
218,3
266,3
196
300
616
607,7
308,3
17,2
1,7
38
1,2
8
4,6
16,5
150,4
19,7
5,9
Fragile
Ductile
Fragile
Ductile
Ductile
Ductile
Fragile
Fragile
Fragile
Ductile
Ductile
Ductile (cupules)
Tableau : Résultats obtenus
Faciés de rupture
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Analyse en fonction du milieu de trempe
Résilience - Acier 42
Trempe à l'huile + revenu 620 °C (H6)
65,1
Trempe à l'eau + revenu 620°C (E6)
84
Trempe à l'huile + revenu à 300 °C (H3)
48,3
Trempe à l'eau + revenu 300°C (E3)
36,2
Trempe à l'huile (H)
41
Trempe à l'eau (E )
12
Recuit de normalisation (N)
40,8
Recuit complet (R)
30,8
Résilience - Acier 35CrMo4
Trempe à l'huile + revenu 620°C (XH6)
Trempe à l'huile (XH)
Trempe à l'eau (XE)
Recuit normalisation (XN)
88,6
6,8
3,1
7,7
Résilience en fonction du traitement thermique
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Dureté HRC - Acier C42
Recuit de normalisation (N)
6,7
Trempe à l'eau (E )
47,2
Trempe à l'huile (H)
21,4
Trempe à l'eau + revenu 300°C (E3)
42,1
Trempe à l'huile + revenu à 300 °C (H3)
19,1
Trempe à l'eau + revenu 620°C (E6)
Trempe à l'huile + revenu 620 °C (H6)
21,3
10,8
Dureté HRC en fonction du traitement thermique
Dureté HRC - Acier 35CrMo4
Recuit normalisation (XN)
27
Trempe à l'eau (XE)
51,4
Trempe à l'huile (XH)
Trempe à l'huile + revenu 620°C (XH6)
46,5
28,6
Dureté HRC en fonction du traitement thermique
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Dureté HV - Acier 35CrMo4
Recuit complet (R)
151
Recuit de normalisation (N)
218,7
Trempe à l'eau (E )
339,3
Trempe à l'huile (H)
285
Trempe à l'eau + revenu 300°C (E3)
344
Trempe à l'huile + revenu à 300 °C (H3)
218,3
Trempe à l'eau + revenu 620°C (E6)
266,3
Trempe à l'huile + revenu 620 °C (H6)
196
Dureté HRC en fonction du traitement thermique
Dureté HV - Acier 35CrMo4
Recuit normalisation (XN)
300
Trempe à l'eau (XE)
616
Trempe à l'huile (XH)
Trempe à l'huile + revenu 620°C (XH6)
607,7
308,3
Dureté HV en fonction du traitement thermique
xxxxxx
Estimation des temps et vitesses de refroidissement
xxxxx
Analyse en fonction de la température de revenue
xxxxx
Analyse de la normalisation
Xxxxx objectif et comparaison avec recuits
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Analyse du revenu de l’acier aillé
xxxxx
Conclusion
xxxxx
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