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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] ;
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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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4. Outils moulés
Il y a toujours une production régulière d’outils moulés de même composition chimique que les nuances corroyées. Ces produits présentent de l’intérêt compte tenu des avantages économiques et de l’amélioration de l’état de surface rendue possible par certains procédés de fabrication (coulée en coquille). Les grandes vitesses de solidification permettent d’obtenir en peau des structures relativement fines avec des orientations généralement favorables par rapport aux sollicitations des outils. Les taux de ségrégation des éléments d’alliage peuvent être atténués par des traitements d’homogénéisation prolongée à des températures comprises entre 1 100 et 1 200 oC, notamment dans le cas des aciers d’outillage à chaud à plus faible teneur en carbone. À titre indicatif, les taux de ségrégation d’éléments d’alliage tels que le chrome et le molybdène peuvent être réduits de 50 % après un maintien de 20 h à 1 150 oC dans le cas d’une structure de cristallisation relativement grossière de type équiaxe.
Dans le cas des aciers à outils de travail à froid lédeburitiques et des aciers à coupe rapide, la phase eutectique peut être sensiblement modifiée par des traitements de globulisation à haute température dans le domaine correspondant à la réaction péritectique, c’est-à-dire entre 1 310 et 1 330 oC pour les aciers rapides à haute teneur en tungstène, entre 1 250 et 1 270 oC pour les aciers rapides à haute teneur en molybdène et entre 1 230 et 1 240 oC pour les aciers à outils lédeburitiques. Ces traitements, dits de présphéroïdisation, entraînent la suppression de la phase eutectique lamellaire et son remplacement par une précipitation en réseau discontinu de carbures globulisés et de taille relativement importante. C’est ainsi que dans le domaine de l’industrie automobile, des outils moulés de grandes dimensions et de géométrie complexe dont le poids peut atteindre 3 tonnes sont réalisés pour les opérations de travail des métaux en feuilles (découpage et emboutissage). Dans ce domaine de l’industrie, la technique de moulage permet également de réaliser des outils composites par association de plusieurs nuances d’aciers apportant les fonctions locales de résistance...
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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).
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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.
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(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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