CHAPITRE V
MATERIEL ET PROCEDURE EXPERIMENTALE
V.1. Matériel
Dans l'hypothèse de notre étude, nous avons
réalisé nos essais sur des éprouvettes
coulées en barreaux dans les moules adaptés aux
dimensions prévues et mis en forme selon les normes.
V.1.1. Caractérisation des
échantillons
Nous avons fait la caractérisation des
échantillons chimiquement au laboratoire
des ateliers centraux de panda par la méthode de
fluorescence X au NITON XLT et par infrarouge au sulfo-carbomettre ELTRA CS800
pour l'analyse du soufre et du carbone. ci-dessous nous présentons la
photographie des appareils servant à la caractérisation chimique
des échantillons.
Figure V.1 : photographie montrant (a) un Analyseur
NITON XLT et (b) sulfo-carbomettre ELTRA CS800 a) Analyseur NITON
XLT
a.1) Principe d'analyse
L'analyse se fait par différence de longueurs d'onde et
d'énergie émise par chaque
élément contenu dans l'échantillon.
Lorsqu'on bombarde l'échantillon par les rayons X,
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les atomes de l'échantillon acquièrent une grande
énergie et émettent des rayonnements qui sont quantifiés
en valeur électrique et convertis en teneur en élément.
Cet appareil est connecté à un ordinateur qui affiche les
résultats d'analyse.
a.2) Mode opératoire
- Allumer l'appareil sur le bouton marche/arrêt ;
- Mettre l'échantillon dans la boite
d'échantillonnage, munie d'une fenêtre par laquelle passe les
rayonnements incidents ;
- Appuyer sur la gâchette pour déclencher le
bombardement ;
- Lire les résultats d'analyse.
b) Analyseur ELTRA CS800
b.1) Principe
Celui-ci n'analyse que le soufre et le carbone, à la
seule différence avec le précédent ici on
utilise les infrarouges à la place des rayons X pour
l'analyse.
L'analyseur ELTRA CS800 comporte 4 cellules à infrarouges
dont la cellule HS (haut soufre), BS (bas soufre), HC (haut carbone) et BC (bas
Carbone).
Il est constitué aussi d'un petit four à induction
et d'un piédestal sur lequel on place l'éprouvette.
L'analyse est basée sur l'absorption des gaz issus des
réactions de combustion du carbone et du soufre dans le four
porté à 2000°C, selon les réactions suivantes :
S+02=S02
C+02= C02
Ces deux gaz seront absorbés par les infrarouges ou
l'énergie des gaz absorbés sera transformé à un
signal électrique convertit en pourcentage du carbone ou en pourcentage
du soufre.
L'analyseur ELTRA CS800 est aussi connecté à un
ordinateur qui affiche les résultats d'analyse.
b.2) Mode opératoire
? Peser l'échantillon sur la balance électronique
ELTRA 84 (figure IV.7 Ci-dessous)
;
? Prélever 0,3 g à 0,5g de l'échantillon
ainsi que les fondants (0,3g de fer à 1,2g de tungstène) et
mettre les tous dans une éprouvette ;
? Ouvrir de l'oxygène pur ;
? Démarrer l'appareil et attendre 30 à 45 minutes
pour commencer l'opération ;
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? Placer l'éprouvette sur le piédestal dès
que le four atteint une température de 2000°C, le piédestal
monte à l'intérieur du le four ;
? L'écran commence à afficher l'évolution de
l'analyse et montrant les résultats ;
? Une fois que l'analyse sera terminé, le piédestal
va descendre avec l'éprouvette brulé et l'échantillon sera
fondu ;
? Lire les résultats finals sur l'écran.
V.1.2. Essais mécaniques
Les essais mécaniques ont pour but de déterminer
les caractéristiques mécaniques des
aciers. Les différents essais réalisés dans
ce travail sont :
- L'essai de dureté ;
- L'essai de résilience ; - L'essai de traction.
a) Essai de dureté
La dureté correspond à la mesure d'une
résistance à la pénétration locale du
matériau considéré. La dureté est
aussi une propriété physique qui dépend non seulement des
caractéristiques de ce matériau, mais aussi de la nature et de la
forme du pénétrateur et du mode de pénétration.
Dans le cadre de ce travail, la mesure de la dureté a
été faite par mesure de la dureté brinell.
1. Essai de dureté Brinell
Les essais selon Brinell s'appliquent au fer et à l'acier
d'une résistance de 1000 à 1500
N/mm2 et à tous les métaux
non-ferreux. Le tableau suivant indique les charges d'essai à utiliser
pour les matériaux et les différents diamètres de billes.
Il indique également le diamètre de billes à choisir pour
une épaisseur de paroi minimum déterminée.
2. Principe
L'essai consiste à appliquer à la surface d'un
matériau préalablement préparé (surface
plane, polie et dépourvue d'écrouissage), une
charge prédéfinie, à l'aide d'un
pénétrateur. Le pénétrateur est une bille en acier
ou en carbure de diamètre compris entre 10 et 1mm, la charge doit
être telle que l'empreinte obtenue soit comprise entre deux rapport
basés sur le diamètre de la bille : 0.24 x Diamètre de la
bille < diamètre de l'empreinte < 0.6 x Diamètre de la
bille.
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Pour notre étude les essais sont
réalisés, à l'aide d'un duromètre à rebond
portatif de marque EQUOTIP 3, sur des éprouvettes à l'état
brut de coulée et celles ayant subi des traitements thermiques.
Figure VI.2 principe de l'essai de
dureté
3. Mode opératoire
> Démarrer l'appareil en appuyant sur le bouton
marche et arrêt pendant environ 2 seconde ;
> Sélectionner le groupe de matériau applicable
à l'échantillon ; > Sélectionner le nombre d'impact n
par série des mesures > Préparer l'échantillon à
la meule
> Armer la sonde en glissant simplement le tube vers l'avant
;
> L'instrument de frappe est fermement maintenu avec une main
et le tube de chargement est actionné avec l'autre main jusqu'à
ce que le contact soit ressenti ;
> Appuyer sur le bouton de déclenchement pour
libérer le corps de frappe ;
> Répéter ce cycle pour effectuer une autre
mesure à un autre endroit, selon le nombre de série de mesures
;
> Après la dernière mesure n, la moyenne de la
dureté sera affichée dans l'écran.
b) Essai de résilience
Les essais de résilience permettent de
caractériser la fragilisation d'un matériau
sous l'action d'un choc, soit de mesurer les
propriétés du métal à l'ambiance, soit alors de
déterminer la température de transition ductile-fragile sous
contraintes triaxiales. Cet essai est très ancien et sa vulgarisation
par Charpy date du XXe siècle.
1. Principe
La résilience est l'énergie nécessaire
pour produire la rupture d'une éprouvette placée sur deux appuis.
Cette énergie est fournie par la chute d'un mouton-pendule de Charpy
qui, dans les conditions normalisées, possède une énergie
de 300 j et est animé, au moment du choc, d'une vitesse de
déplacement de 5 à 5,5 m/s. l'énergie consommée par
la rupture de l'éprouvette se déduit de la lecture des angles de
chute et de remontée du pendule. Elle est rapportée à la
section à fond d'entaille pour calculer la résilience.
L'énergie consommée pour rompre le barreau est
mesurée en faisant la différence d'énergie potentielle
entre la hauteur de chute du « mouton » et celle à laquelle il
remonte
après avoir rompu le barreau[ ]. Si ce dernier
était
complètement fragile, le « mouton »
remonterait à la même hauteur que celle d'où il a
chuté ; s'il était au contraire extrêmement tenace, il ne
serait pas rompu et le pendule ne remonterait pas du tout. L'énergie de
rupture ainsi déterminée s'appelle la résilience. Plus
elle est élevée, plus le matériau est tenace.
Ainsi la résilience, généralement
notée KCV se calcule comme suit :
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Figure V.3 : Photographie d'un mouton pendule de
Charpy de 300 J
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L'éprouvette utilisée est un barreau à
section carrée de 10 mm de côté et de 55 mm de long avec
une entaille en V, qui a un rayon de 2,5 mm, une profondeur de 2 mm et un angle
de 45°.
2. Mode opératoire
> Mettre le « mouton » à son niveau de haut
énergie ;
> Régler l'aiguille de mesure ;
> Placer la pièce de sorte que la surface de l'entaille
soit contre la surface de contact
du « mouton » ;
> Lâcher le « mouton » de façon qu'il
frappe la pièce ;
> Lire la différence d'énergie
> Appuis sur un contre poids enfin de réduire la
vitesse du balance du « mouton »
pour arriver à le freiner.
a) Essai de traction
L'essai de traction est le moyen le plus fondamental
employé pour caractériser le
comportement mécanique d'un matériau sous une
sollicitation progressive à vitesse de chargement faible ou
modérée.
Les essais de traction ont été faits à
LATRECA
Principe
Les éprouvettes du matériau
considéré sont fixées dans une machine de traction
qui impose un allongement croissant à
l'éprouvette, et enregistre simultanément l'effort de traction
appliqué et allongement de l'éprouvette sur un diagramme
appelé courbe de traction, et dont l'exploitation permet de
dégager les caractéristiques du matériau testé.
Au cours de l'essai, il apparait les phases suivantes :
1ère phase : le domaine
élastique
Dans le domaine élastique, la déformation
crée par le phénomène de traction n'est pas constante, de
ce fait si l'on retire cet effet, l'éprouvette retrouve sa dimension
originale.
2ème phase : le domaine plastique
Lorsque l'allongement est tel, que l'éprouvette ne
retrouve plus sa dimension original et que l'allongement persiste si l'on
annule l'effet de traction, on considère que l'on se trouve dans le
domaine plastique.
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3ème phase : la striction
La striction est l'apparition d'une diminution
localisée de la section. Un matériau cassant ne peut être
déformé, la rupture ce produit avant la striction.
L'allongement est exprimé en pour-cent, c'est
l'allongement permanent de l'éprouvette rompue. Il est
déterminé par la formule :
=[(Lu -- Lo)/Lo] x 100
Résistance élastique :
Re=Fe/ (avec Re en MPa ;
Fe en Newton et So en mm)
S
0
Résistance à la rupture :
Rr=Fe/ (avec Rr en MPa ;
Fe en Newton et So en mm) S
0
V.1.3. Traitement thermique
a) Introduction
Dans le cadre de ce travail, nous avons appliqué un cycle
de traitement thermique
à des différentes températures choisies
pour étude. Ainsi nous avons traité à 890, 910 et
940°c et refroidi dans le four afin d'adoucir l'acier. Les
températures choisies avaient pour but d'obtenir les différentes
phases pour permettre à la pièce d'être facilement
usinable. Puisqu'elle doit être ramenée une autre valeur de
dureté, un autre cycle de traitement thermique comprenant le chauffage
et le refroidissement selon le milieu sera étudié.
Le laboratoire des ACP nous a permis à procéder
ces différents traitements dans le four à résistance du
type BENET dont sa photographie est donnée ci-dessous.
Figure V.4 : Photographie d'un four de traitement
thermique de type BENET
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Caractéristiques du four
Les caractéristiques du four de traitement
thermique des ACP sont :
> Type forme ZE (parallélépipédique) ;
> Température maximale : 1100°C ;
> Puissance maximale : 2,3 KW ;
> Tension : 220V ;
> Fréquence : 50-60HZ ;
b) Mode opératoire
Les étapes suivies pour l'utilisation de ce four sont
:
> démarrer le four ;
> Placer les échantillons sur la sole du four ;
> Fermer la porte du four ;
> Régler la température de chauffage ;
> Après autorégulation automatique,
passé au palier en chronométrant le temps
de maintien de 30 minutes ;
> Refroidir dans le four, à l'air et dans l'eau.
c) Paramètre du traitement
thermique
Nous avons réalisés trois types de traitement
thermique comprenant le traitement
d'adoucissement, la trempe et le revenu.
- Pour le traitement d'adoucissement les paramètres
fixés sont :
> Température de chauffage : 890, 910, 940°C et
960°C;
> Temps de maintien : 30 minutes ;
> Milieu de refroidissement : four
- Les paramètres concernant la trempe sont :
> Température de chauffage : 910°C
> Temps de maintien : 15, 30 et 45 minutes
> Milieu de refroidissement : Air et Eau
- Le revenu a été fait selon les paramètres
suivants :
> Températures de chauffage : 400, 500 et 600°C
> Temps de maintien : 30 minutes
> Milieu de refroidissement : Air
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