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RÉSUMÉ
Les performances et la rentabilité des aciers à outils sont très étroitement dépendantes de leurs critères de mise en œuvre et de leurs propriétés d’emploi. Dans le premier cas, il s’agira de facilité d’usinage ou d’aptitude aux traitements, et dans le second cas de ténacité, de résistance à l’usure sous toutes ses formes et de bonne tenue à la corrosion. Les conditions d’élaboration et les traitements permettent d’obtenir le nécessaire compromis entre une mise en œuvre relativement aisée pour des matériaux de grande dureté et une bonne tenue sous différents types de sollicitations.
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Robert LÉVÊQUE : Ingénieur Civil des Mines - Président d’Honneur du Cercle d’Études des Métaux, École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
INTRODUCTION
Les performances et la rentabilité des aciers à outils utilisés dans différents domaines de l’industrie comme l’usinage, la mise en forme à froid et à chaud, le moulage de matériaux métalliques, d’emballages verriers, de caoutchouc et de plastiques, le filage et l’extrusion d’aciers, d’alliages d’aluminium, de cuivre et de titane, de plastiques et de pâte de cellulose, sont très étroitement dépendantes de leurs critères de mise en œuvre et de leurs propriétés d’emploi. Dans le premier cas, il s’agira de facilité d’usinage avec ou sans enlèvement de copeaux, de facilité de texturation ou de grainage de surfaces d’empreintes, d’aptitude au traitement thermique, à la rectification et au traitement de surface. Dans le second cas, il s’agira de ténacité (faculté de résister à de fortes sollicitations sans déformations ni rupture brutale), de résistance à l’usure sous toutes ses formes (abrasion, adhésion, délamination…) et de bonne tenue à la corrosion en milieu aqueux ou en bain fondu.
Les conditions d’élaboration (voie lingot associée à la refusion sous vide ou sous laitier, métallurgie des poudres), les techniques de forgeage et de recuit, le traitement thermique et le traitement de surface permettent d’obtenir le nécessaire compromis entre une mise en œuvre relativement aisée pour des matériaux de grande dureté et une bonne tenue sous différents types de sollicitations mécaniques et thermomécaniques, éventuellement en milieu agressif.
La modélisation des sollicitations en service des outillages a permis de mettre au point des essais de caractérisation des propriétés d’usage très proches des conditions d’utilisation. Ces différents essais d’évaluation de la ténacité, de la résistance à la déformation à froid et à chaud, de la résistance aux chocs, à la fatigue thermique et à l’usure ainsi que de la tenue à la corrosion en milieu aqueux ou en bain fondu constituent véritablement une aide au choix des nuances d’aciers pour un mode d’utilisation déterminé.
Cet article s’insère dans une série consacrée aux aciers à outils, citons également :
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- Version archivée 1 de déc. 2003 par Robert LÉVÊQUE
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2. Critères d’emploi
Pour plus de détails, nous renvoyons le lecteur à la partie documentation de cet article intitulée « Critères d’emploi ».
Les propriétés qui sont exigées d’un outil en service dépendent, dans une large mesure, des conditions d’utilisation de cet outil et de la température à laquelle peut être portée sa partie active :
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lorsqu’il s’agit par exemple d’un problème de mise en forme à froid tels le découpage, l’emboutissage, le roulage, le forgeage par extrusion…, la température superficielle de l’outil ne dépasse pas, en général, 200 °C et les propriétés requises pour l’outillage sont essentiellement une dureté et une ténacité élevées, compatibles avec une bonne tenue à la fatigue mécanique et une grande résistance à l’usure ;
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lorsqu’il s’agit d’un problème de mise en forme à chaud, abordé en pratique dès que la température de la partie active de l’outil dépasse 300 °C, les propriétés requises pour l’outillage sont une dureté à chaud et une ténacité élevées, une grande résistance à l’adoucissement en service, compatibles avec une bonne résistance à la fatigue mécanique et thermique et une résistance à l’usure suffisante ;
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lorsqu’il s’agit d’un problème de coupe, les propriétés requises pour l’outillage sont essentiellement une dureté à chaud et une ténacité élevées, compatibles avec une grande résistance à l’usure et à la fatigue mécanique.
Dans tous les cas vont s’ajouter des problèmes de tenue de ces outils dans l’environnement qui peut être agressif (lubrifiant, contact avec les métaux liquides ou certains plastiques fluorés, augmentation de la température), avec des risques de dégradation par oxydation et corrosion.
On voit donc apparaître dans les outillages utilisés, pour les problèmes de mise en forme avec ou sans enlèvement de copeaux, un ensemble de propriétés qui peut se caractériser globalement de la manière suivante :
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la ténacité, ou faculté de résister à des niveaux de contraintes très élevés sans entraîner de rupture brutale, propriété qui doit être accompagnée...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ODIN (Q.) - Usinabilité des aciers à matrices et à moules. – Journées d’Étude sur l’Usinabilité des Aciers Spéciaux - Centre Perfectionnement Techn. et Chambre Synd. Prod. Aciers Fins Spéciaux, Paris (1973).
-
(2) - HAMANN (J.C.), LE MAITRE (F.), FOUQUER (R.), DUPRE (L.) - Usinabilité à grande vitesse des aciers pour outillage : moules, poinçons, matrices - 37es journées du Cercle d’Études des Métaux, École des Mines d’Albi (mai 1998). Bulletin du CEM, n° 17, Tome XVI (mai 1998).
-
(3) - LE CALVEZ (C.), GUNNARSSON (S.) - Fraisage grande vitesse des aciers à outils à l’état traité (50-60HRC) - 37es journées du Cercle d’Études des Métaux, École des Mines d’Albi (mai 1998). Bulletin du CEM, n° 17, Tome XVI (mai 1998).
-
(4) - BAGARD (Ph.) - Outillages et formes complexes : bilans technico-économiques entre usinage à grande vitesse, usinage conventionnel et électroérosion - 37es Journées du Cercle d’Études des Métaux, École des Mines d’Albi (mai 1998). Bulletin du CEM, n° 17, Tome XVI (mai 1998).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Basic Knowledge of High Speed Steels ERAMET, CD-ROM, June 2007,
HAUT DE PAGE
Moules et Outils 2007 et 2011, manifestations organisées conjointement par l’A3TS et le CEM tous les 4 ans en octobre à l’École des Mines d’Albi et reproduites ensuite dans les bulletins du CEM. Prochaine manifestation en octobre 2015.
http://www.a3ts.org/ et http://www.emse.fr/CEM/.
HAUT DE PAGE
NF-EN-ISO 4957 (mai 2000), Aciers à outils : norme internationale élaborée par le comité technique ISO/TC27, http://www.afnor.fr.
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