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Auteur(s)
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Robert LÉVÊQUE : Ingénieur civil des Mines - Président d’honneur du Cercle d’études des métaux
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Compte tenu de leur composition chimique, avec des teneurs en carbone et en éléments d’alliage importantes, les aciers à outils sont essentiellement élaborés par la filière électrique avec la voie lingot.
La coulée continue ne se pratique en effet que pour certaines catégories d’aciers qui se rapprochent des aciers de construction mécanique (aciers au manganèse silicium, aciers à roulement 102Cr6). Des essais de coulée continue d’aciers rapides et d’aciers à outils alliés ont été réalisés respectivement dans les années 1960 et 1980, mais ils ont été abandonnés pour des problèmes de coût et de fiabilité industrielle malgré quelques succès techniques (par exemple des fraises en acier rapide où la partie centrale était éliminée par usinage).
L’influence néfaste des éléments résiduels sur les propriétés d’usage des aciers à outils a entraîné l’utilisation de plus en plus forte de procédés spéciaux d’élaboration comme la refusion sous vide ou sous laitier. C’est également dans cette classe de matériaux, notamment les aciers rapides, que la métallurgie des poudres préalliées a été introduite dès le début des années 1970, avec le développement conjoint de moyens de compaction isostatique à chaud et d’extrusion.
Les techniques associées de forgeage multidirectionnel et de recuit à haute température ont permis de réduire dans les pièces forgées les taux de ségrégation des éléments d’alliage, avec une bonne isotropie des caractéristiques mécaniques, aidées en cela par l’utilisation des codes de calcul numérique de déformation à chaud.
Cet article constitue le second volet d’une série consacrée aux aciers à outils :
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Aciers à outils. Composition chimique et structure Aciers à outils- Composition chimique et structure ;
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Aciers à outils. Élaboration et transformation [M 4 586] ;
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Aciers à outils. Mise en œuvre et propriétés d’emploi [M 4 587] ;
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Aciers à outils. Classification et évolution [M 4 588] ;
-
Aciers à outils. Pour en savoir plus [Doc. M 4 589].
Pour plus de détails sur ce sujet, le lecteur consultera utilement les références à
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- Version courante de mars 2013 par Robert LÉVÊQUE
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Structure à l’état brut de coulée1. Élaboration du métal liquide
En 2003, la majeure partie des aciers à outils est élaborée au four à arc. Le four à induction conserve l’avantage de la souplesse, permettant d’élaborer de petites quantités, tandis que le four à creuset est en voie de disparition.
1.1 Fusion au creuset
Cette technique, découverte au XVIIIe siècle, a survécu jusqu’à nos jours. Elle ne permet pas d’opération d’affinage, propre à éliminer les impuretés telles que le soufre ou le phosphore. La nature du creuset est réductrice, mais acide, constituée par un mélange de graphite et de terres siliceuses. Cela impose un choix rigoureux des matières premières, ce qui assure, si la fusion est bien conduite, une constance de qualité appréciée.
La charge est constituée par le fer de Suède, les éléments d’alliage et la fonte. La difficulté de l’élaboration réside dans l’ajustage de la teneur en carbone : l’aciériste doit régler le taux d’éléments désoxydants (Mn, Si) et le moment où ils sont introduits, pour avoir un niveau de propreté de l’acier suffisant, compatible avec l’obtention d’une teneur en carbone correcte.
HAUT DE PAGE1.2 Fusion au four à induction
Le four à induction s’apparente quelque peu au four à creuset mais la charge est chauffée par induction, ce qui présente des avantages quant à la rapidité de fusion et à la faible perte au niveau des éléments très oxydables. La composition de la charge doit être bien connue, les chutes et les matières neuves analysées et choisies, car on ne peut pas pratiquer, à proprement parler, d’élaboration. La fusion se fait de la manière la plus simple : la charge, additionnée de la quantité de graphite nécessaire, est réalisée à la composition définitive, à l’exception du vanadium qui est ajouté juste avant la coulée.
Le four à induction est intéressant pour sa souplesse à élaborer de petites quantités, et pour la reproductibilité et l’homogénéité de l’analyse. Par contre, il présente l’inconvénient de ne pas permettre d’affinage, et le métal est relativement chargé en inclusions.
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Élaboration du métal liquide
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BERNART (E.), DLOUHY (V.) - Possibilities of Influencing the as cast structure of high speed steels. - Hutnik (PM), 18, no 4, p. 165 (Trad. HB, no 7497, H. BRUTCHER) (1968).
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(2) - BERNS (H.) - Concepts of Powder Metallurgy Tool Steels. - Progress in Tool Steels. Proceedings of the 4th International Conference on Tooling, Bochum University, p. 27, sept. 1996.
-
(3) - BOUCHER (A.) - Application industrielle du procédé de refusion sous laitier aux aciers et alliages. - Rev. ATB Métallurgie (B), no 1, p. 1, janv. 1970.
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(4) - BOURRAT (J.), SIAUT (M.) - Nouvelles mé-tallurgies pour aciers d’outillage. - 37es Journées du Cercle d’Études des Métaux, École des Mines d’Albi, mai 1998. Bulletin du CEM, no 17, Tome XVI, mai 1998.
-
(5) - BRANDIS (H.), WIEBKING (K.) - Effect of pouring temperature and freezing process on structure of high speed steels. - DEW Techn. Ber. (D), 11, no 3, p. 158 (1971).
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