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Robert LÉVÊQUE : Ingénieur civil des Mines - Président d’honneur du Cercle d’études des métaux
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Lire l’articleINTRODUCTION
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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3. Affinage de structure
Le seul moyen pour affiner réellement la structure des produits en acier à outils est d’agir sur la cristallisation, c’est-à-dire de chercher à obtenir, dès la solidification, une réduction des ségrégations des éléments d’alliage et du carbone. Nous citerons comme principaux moyens employés :
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les artifices utilisés en métallurgie conventionnelle :
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vibration des lingotières,
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brassage,
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inoculation ;
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les procédés de refusion sous laitier et sous vide ;
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la métallurgie des poudres préalliées, dans le domaine des aciers les plus alliés (aciers d’outillage à froid à forte teneur en carbone et aciers à coupe rapide).
3.1 Moyens utilisés en métallurgie conventionnelle
C’est en agissant sur le processus de germination dans la zone centrale des lingots que les effets d’affinage les plus spectaculaires ont été obtenus.
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Brassage en lingotière au moyen d’un gaz
Des résultats intéressants peuvent être obtenus en brassant le métal dans la lingotière, au moyen d’un gaz. L’idée n’est pas neuve, elle date du début du XXe siècle, mais elle a été remise d’actualité par la mise au point des briques poreuses, qui permettent d’insuffler un gaz par la base de la lingotière, comme on le fait par le fond des poches.
Le brassage doit être énergique, mais de courte durée ; un brassage trop long entraîne de nouvelles ségrégations, probablement par un excès de germes qui finissent par enfermer des poches de liquide qui ségrège.
Ce procédé, actuellement utilisé par certains aciéristes pour pratiquer la désoxydation de l’acier effervescent en lingotière et une bonne décantation des inclusions, a été expérimenté avec succès dans le domaine des aciers à outils. Avec des lingots de masse comprise entre 1 200 et 3 100 kg en acier lédeburitique au chrome par exemple, on constate que la zone de peau n’est pas affectée par le brassage. Par contre, la zone de structure basaltique est fortement réduite et la cristallisation est pratiquement équiaxe dans presque toute la section du lingot. Les dendrites sont très courtes et la structure de l’acier est relativement homogène de la tête...
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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).
-
(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.
-
(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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