Présentation
Auteur(s)
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Robert LÉVÊQUE : Ingénieur civil des Mines - Président d’honneur du Cercle d’Études des MétauxÉcole nationale supérieure des Mines de Saint-Étienne
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les données numériques normalisées qui font l’objet de l’article Aciers à outils- Données numériques normalisées ne sont pas suffisantes pour faire un bon choix de nuances et pour enrichir les codes de calculs numériques destinés à l’optimisation des outillages et des gammes de fabrication. C’est pour cette raison que le présent document fournit des indications sur des données numériques non normalisées avec, en particulier :
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les propriétés physiques actuellement connues (module d’élasticité, conductivité thermique, coefficient de dilatation...) et, dans la mesure du possible, de la température ambiante jusqu’à 600 ˚C, notamment pour les nuances de travail à chaud ;
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les propriétés mécaniques avec, notamment, les critères de mise en œuvre des aciers à outils (usinabilité, trempabilité, déformations aux traitements, aptitude à la rectification) et les propriétés d’emploi de ces mêmes aciers, à la température ambiante et à chaud lorsque cela est nécessaire.
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- Version courante de juin 2013 par Robert LÉVÊQUE
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Propriétés mécaniques1. Propriétés physiques
Il s’agit essentiellement de la masse volumique, du module d’élasticité à la température ambiante, du coefficient de dilatation entre 20 et 100 ˚C, 20 et 400 ˚C ou 20 et 600 ˚C selon les conditions d’emploi, de la conductivité thermique à la température ambiante ou à chaud et de la capacité thermique massique à 20 ˚C. Toutes les valeurs connues ont été rassemblées dans les tableaux 1, 2, 3 avec, pour chaque acier, le traitement thermique correspondant et le niveau de dureté obtenu :
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aciers alliés pour travail à froid : tableau 1 ;
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aciers alliés pour travail à chaud : tableau 2 ;
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aciers à coupe rapide : tableau 3.
Dans le domaine du travail à chaud (tableau 2), l’échange thermique entre l’outil et la matière mise en œuvre, qui conditionne le gradient de température et par conséquent les contraintes thermomécaniques de l’outil, dépend très étroitement de la conductivité thermique de l’acier à outil. D’une manière générale, la conductivité thermique des aciers diminue avec l’addition d’éléments d’alliage, la réduction de la taille de grains et le degré d’écrouissage de la structure, facteurs qui conditionnent en général l’augmentation des caractéristiques mécaniques du matériau. Les éléments d’alliage le plus influents sur l’abaissement de la conductivité thermique des aciers sont le silicium, l’aluminium, le chrome, le manganèse et le nickel. Le cobalt, par contre, n’a pratiquement aucune influence sur cette caractéristique. Les chiffres indiqués sur le tableau 2 relatif aux aciers à outils alliés pour travail à chaud montrent que la conductivité thermique de ces aciers passe par un maximum à 200 ˚C et qu’elle décroît fortement avec la teneur en éléments d’alliage, notamment la teneur en chrome et en silicium. C’est ainsi qu’il est possible d’atteindre des conductivités thermiques de 40 W/(m · K) avec des teneurs en chrome...
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