V.2. Procédure expérimentale
La procédure expérimentale consiste à
donner un aperçu sur la fusion de la
nuance A3SS afin d'optimiser les différents
paramètres du traitement thermique comme la température
conduisant à l'adoucissement de la pièce, le milieu de
refroidissement, le temps de maintien et la température de revenu. Cela
pour permettre à la pièce qui est à l'état brute de
coulée d'être usinée, dans le but de diminuer la
dureté jusqu'au seuil de l'usinabilité comprise entre 190 et 210
HB. En fin la conformer à l'état de fonctionnement exigé
par le client par l'élévation de la dureté entre 300-400
HB.
V.2.1. Fusion
La fusion des métaux ferreux s'est faite au four
électrique à arc triphasé de type
STEIN d'une capacité de 5 tonnes dont l'alimentation en
matière première est assurée par le parc à
mitraille et les ferro-alliages (ferromanganèses, des ferrochromes,
ferromolybdènes et des Ferro-silicium) ces derniers servent
essentiellement à la mise en nuance de l'acier. Les grandes
opérations nécessaires à la bonne conduite d'une
élaboration d'aciers sont :
a) Le chargement
L'enfournement de la mitraille au four électrique s'est
fait de la manière
suivante :
- Une quantité des pièces de refusions, soit 2600
kg - D'une quantité des mitrailles, soit 1300 kg
- De la fonte pour quantité de 70 kg
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b) La fusion proprement dite
La fusion proprement dite a été faite selon le mode
opératoire suivant :
a) Démarrer le four avec ajout d'un peu de
ferromanganèse pour accélérer l'amorçage ;
b) Introduire plus ou moins 60% de la quantité totale
de chaux vive dans la charge. La mitraille passe de l'état solide
à l'état liquide, c'est au cours de cette fusion qui a lieu
à basse température que la déphosphoration
s'opère.
La charge enfournée est fondue par les arcs
électriques jaillissant lorsque les électrodes sont en contact
avec la masse du métal. Cette charge présente une composition
chimique préalablement connue. Celle-ci est obtenue après un
calcul de la proportion en poids de tous les composants de l'acier
proposé, on parle ainsi du « calcul des charges »
La quantité totale de chaux vive à introduire
dans le four doit être scrupuleusement respectée
c'est-à-dire plus ou moins 45Kg par tonne de métal.
c) L'oxydation
Lorsque le métal est complètement fondu, insuffler
de l'oxygène suivant les
proportions requises dans le bain liquide et chaud pour
d'avantage oxyder les impuretés. Par manque d'oxygène, on peut
introduire l'oxyde de fer (Fe203) dans le bain liquide et chaud. Cette
opération augmente la température du bain liquide et provoque un
grand brassage dans le bain au fond du four (laboratoire du four). A la fin de
cette opération, tous les éléments oxydés remontent
dans la scorie (prélever l'échantillon en nappe) du métal
pour essai de pliabilité.
d) Le décrassage
- Arrêter le four, le basculer du côté porte
de travail jusqu'à déversement d'un peu
de scorie dans la fosse de décrassage ;
- Mettre le sable tout venant mélangé à
l'eau sur toute la plate-forme de la porte de travail
- Placer les fer-rond de plus ou moins 25mm de diamètre
sur l'une des paires des cales conçues pour la cause
- Racler la scorie se trouvant aux alentours de la porte de
travail à l'aide d'un ringard et la déverser dans la fosse de
décrassage Toute la scorie se trouvant au fond du four sera
entrainée par gravité vers la porte de travail et devra
être aussi déversée
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dans la fosse de décrassage Le métal doit rester nu
c'est à dire exempte de scorie cette dernière doit être de
couleur noire brillante (mauvaise qualité de la scorie)
NB. Pendant l'opération de décrassage le
fondeur-décrasseur évite que la scorie ne se colmate pas sur le
pavé, un deuxième fondeur jettera le sable mélangé
à l'eau sur le pavé de la porte de travail enfin un
troisième fondeur enlèvera les différentes croutes
formées sur le pavé à l'aide d'une barre a mines.
Ne pas plonger le ringard dans le bain au risque de corroder
leurs plaques (le ringard sera sans plaque, l'opération sera interrompue
et le décrassage sera incomplet) où moins d'amasser inutilement
le métal sur la plaque du ringard (le ringard pèsera lourd et
fatiguera le fondeur avec risque de ne pas terminer l'opération
délicate de décrassage)
e) La réduction ;
- Remettre le four en position de travail
- Introduire plus ou moins 2Kg d'aluminium dans le bain nu
- Introduire plus ou moins 30% de la quantité totale de
chaux vive dans le bain
- Redémarrer le four
- Laisser travailler le four pendant plus ou moins 15 minutes
- Introduire le mélange réducteur
préalablement préparer (10% de chaux vive restantes, coke fin,
FeSi, SiCu, spath- fluor, terre rouge...). C'est pendant cette phase à
haute température qu'a lieu la désulfuration et la couleur de la
scorie doit être brune tendant au kaki passant par le vert, elle sentira
l'odeur du carbure de calcium (Ca2C) au contact de l'eau H20.
J) La mise au point ;
a) Mise au point des éléments d'addition (les
ferroalliages et le nickel pur)
On ajoute les éléments d'alliage pour permettre
l'obtention de la composition contenue dans la fourchette
représentée dans le tableau ici-bas
b) Analyse des éléments au laboratoire
c) Mise au point de la température
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g) La coulée
a) Mesurer la température
b) Couler dans la poche de coulée chauffée
préalablement, intervient lorsqu'on atteint la température, qui
varie de 1580 à 1600°C. Donc le métal liquide est
basculé dans la poche de coulée ; ensuite, dans le moule.
On ajoute de l'aluminium dans la poche de coulée sous
forme des lingots, pour la désoxydation définitive de l'acier
(acier calmé) et pour régler la grosseur des grains
d'austénite (dispersion des fines d'alumine). Il en est de même
pour le silicium, sous forme de ferro-alliage.
Après refroidissement, on décoche et on
débarrasse la pièce de tous les artifices de coulée
(masselottes, descente, chenal, ...) au chalumeau, .... Pour passer au
contrôle qualitatif et quantitatif.
V.2.2. Traitement thermique
L'optimisation du traitement thermique se fera de façon
à donner en premier lieu
une température qui permettra de diminuer la
dureté pour atteindre des valeurs de 190 à 210 HB, valeurs qui
permettront à la pièce d'être usinée, mais aussi
garder une bonne
valeur de la résilience. En deuxième lieu,
puisqu'il faut remonter la dureté aux
conditions d'utilisation, on
étudiera le milieu de refroidissement qui donnera le meilleur compromis
entre la dureté et la résilience à l'acier
étudié.
a) Optimisation de la température
d'adoucissement
Dans cette nous étude, nous soumettrons la pièce
à des différentes températures
pour voir comment évoluera la dureté ainsi que
la résilience des éprouvettes prises pour étude. Les
températures choisies sont AC3+30°C, AC3+50°C, AC3+80°C
et AC3+100°C tout en gardant le milieu de refroidissement et le temps de
maintien constants. La température qui donnera le meilleur
résultat entre la dureté et la résilience sera retenue
pour adoucir la pièce pour usinage.
b) Optimisation du milieu de
refroidissement
Par milieu de refroidissement on voit le four, l'air et l'eau.
Ces milieux nous
permettront à voir comment évoluer la
dureté et la résilience. La température qui a donné
précédemment un bon compromis entre la dureté et la
résilience sera prise pour étude du
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milieu tout en gardant le même temps de maintien qui est de
30 minutes. S'il y a lieu, il sera question d'optimiser la température
de revenu (dans le cas d'une trempe).
c) Optimisation du temps de
refroidissement
Pour cette étape les éprouvettes seront soumises
à des temps de maintien de 15,
30 et 45 minutes. Tout en gardant la température
(AC3+50°C) et le milieu de refroidissement constants.
Au bout de nos essais nous ressortirons des résultats qui
donneront une température d'adoucissement, le milieu de refroidissement,
la température de revenu (s'il y a lieu) et le temps de maintien,
valeurs qui donneront un bon compromis de la résilience et
dureté.
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