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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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VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 2003 par Robert LÉVÊQUE
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Critères de mise en œuvre
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3. Conclusion
Les conditions d’usinage des aciers à outils ont fortement évolué depuis la dernière décennie avec la mise en œuvre en particulier de l’usinage à grande vitesse et l’utilisation de logiciels appropriés pour la programmation des conditions de coupe. L’usinage par électroérosion est encore largement employé pour les nuances d’aciers de haute dureté, réputées difficiles à usiner par les moyens conventionnels. L’obtention directe d’outils par fabrication additive et fusion laser s’est fortement développée ces dernières années et a permis la réalisation d’outils de forme complexe avec optimisation des circuits de refroidissement, ce qui a entraîné un gain important de productivité dans l’industrie de la plasturgie. Cette dernière industrie a vu l’émergence de la technique de grainage laser, beaucoup plus performante en ce qui concerne les motifs superficiels que le classique grainage chimique.
Les différentes techniques de caractérisation de la ténacité, avec l’apport de la mécanique de la rupture, ont permis d’optimiser les conditions de mise en œuvre des outillages : très bas niveaux de résiduels, faible ségrégation des éléments d’alliage, obtention par trempe d’une structure entièrement martensitique et en cas de revenus multiples, premier revenu au pic de durcissement secondaire et deuxième revenu pour obtenir le niveau de dureté requis.
Dans le domaine de la mise en forme à chaud, les aciers d’outillage de structure martensitique atteignent leur limite au delà de 600 °C. Il vaut mieux utiliser dans ce cas des superalliages base nickel, habituellement employés comme éléments de structures des réacteurs dans l’industrie aéronautique. La résistance à la fatigue thermique est conditionnée par l’environnement de l’outillage, avec notamment la possibilité de contact avec des métaux fondus comme l’aluminium qui favorise la vitesse de propagation des fissures. Il faut signaler que les couches d’oxydes à base de fer facilitent les conditions tribologiques du contact outil-métal mis en forme, à condition qu’elles soient adhérentes sur le substrat acier à outil et qu’un environnement avec de la vapeur d’eau facilite leur croissance, mais avec apparition de porosités et plus grande susceptibilité à la fissuration.
Notons enfin que la tenue à la corrosion localisée des outillages de travail à froid en milieu aqueux...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
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2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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