LA SIDERURGIE et la désignation normalisée des aciers

La sidérurgie désigne l'ensemble des techniques qui permettent de produire et de travailler le fer, les fontes, les aciers.

LA FONTE: composée de fer + 2.5% à 5% de carbone

LES ACIERS: composés de ferrite, perlite, cémentite + 0.04%. à 1.7% de carbone.

1-OBTENTION DE LA FONTE:

Les minerais de fer additionnés d’un fondant sont réduits dans des hauts fourneaux.

La fonte se compose de:

Ø fer (base)

Ø carbone 2.5 à 5 %

Ø silicium 2 à 3 %

Ø manganèse 1 à 2 %

Ø phosphore 1 %

Ø soufre 0.1 %

Les fontes ordinaires:

Selon la température du haut fourneau on obtient:

q Les fontes blanches en allure réduite.

q Les fontes grises en allure chaude.

q Les fontes mixtes en allure intermédiaire

Les fontes spéciales:

Ces fontes contiennent outre du carbone un autre élément ( manganèse, silicium, chrome...) en forte proportion.

On les appelle aussi ferro alliages ou ferros.

2-FABRICATION DU FER:

Pour avoir du fer, il faut affiner la fonte, c’est à dire éliminer les corps tel que le carbone, le silicium, le phosphore.

3-FABRICATION DE L'ACIER:

L'acier est obtenu en décarburant la fonte, en éliminant le plus possible le phosphore et le soufre et en modifiant la teneur en silicium et manganèse

L'acier se compose de:

Ø fer (base)

Ø carbone 0.04 à 1.7 %

Ø silicium 0.1 à 1 %

Ø manganèse 0.1 à 1 %

Ø phosphore 0.08 %

Ø soufre 0.08 %

4- LES DIVERS ACIERS

4.1-ACIERS ORDINAIRES(non alliés)

II se compose donc:

Ø de carbone qui augmente la trempabilité de l'acier.

Ø de silicium qui réduit la limite élastique

Ø de manganèse qui améliore la désulfuration et la désoxydation

Ø de phosphore qui constitue une impureté nocive(augmente la fragilité de l'acier)

Ø de soufre lui aussi nuisible (fragilise à froid)

A ces principaux composants s'ajoute selon les cas, de 1'oxygène (qu'il faudra éliminer car nuisible pour la forgeabilité), de l'hydrogène ( à éliminer car il crée des criques), de l'azote.

Désignation normalisée des aciers d'usage général

La lettre S, suivie de la valeur minimale de la limite d'élasticité en mégapascals (1Mpa = 1N/mm2)

Exemple : S 185

Désignation normalisée des aciers spéciaux pour traitement thermique

C suivi d'un nombre égal à 100 fois la teneur en carbone.

Exemple ; C 10 (acier à 0.1% de carbone)

4.2 ACIER SPECIAUX ou ACIER ALLIES

On a introduit des métaux au cours de leur élaboration afin de modifiés leurs caractéristiques et leurs propriétés.

Principaux éléments d'alliage:

Ø le nickel

Ø le manganèse

Ø le chrome

Ø le silicium

Ø le tungstène

Ø le molybdène

Ø le vanadium

Action du nickel: augmente la résistance à la traction, la limite élastique sans diminuer les allongements, améliore la trempe, la résistance à la chaleur(teneur en Ni supérieure à 20%.) et aux agents corrosifs (aciers inoxydables) .A une teneur en Ni de 36% le métal ne se dilate pratiquement plus à la chaleur, l'alliage s'appelle "INVAR"

Le nickel est un métal rare et coûteux.

Actions du manganèse: améliore la trempe, augmente la limite élastique, améliore la résilience (teneur > à 10% de Mn) . Actuellement l'usage de ces aciers est interdit en aéronautique.

Actions du chrome; améliore la trempe, la résistance à la rupture mais diminue la résilience, améliore la résistance à l'usure et (pour des teneurs de 10%. à 30%) confère à l'acier une grande résistance à la corrosion chimique et à la température.

Il entre dans la composition de la plupart des aciers aéronautiques ( plus accessibles que le Ni)

Actions du silicium: améliore la charge de rupture et la limite élastique, il diminue l'hystérésis magnétique( tôles de transformateurs-47.Ù de Si), améliore la résistance à la corrosion chimique et à l'oxydation à chaud.

Peu utilisé en aéronautique bien que bon marché (aciers à ressort, soupapes d'admission)

Actions du tungstène: voisines de celles du chrome, il est utilisé pour les aciers à outils.

Actions du molybdène: proches de celles du tungstène, il améliore la résistance au fluage et est utilisé dans la composition des aciers travaillant à des températures modérées(500 à 550°).

Métal rare

Actions du vanadium:

proches des 2 précédents, il est utilisé pour les aciers à coupe rapide.

Désignation normalisée

Aciers faiblement alliés(-5%, en masse)

- nombre égal à 100 fois la teneur en carbone

- symboles chimique des éléments d'addition par ordre des teneurs décroissantes.

- un ou deux nombres (rarement 3) indiquant les teneurs des éléments les plus importants par leurs actions(multipliées par 4 pour le chrome, le cobalt, le manganèse, le silicium, le nickel et par 10 pour les autres éléments) et rangés dans le même ordre que les symboles précédents.

Exemple :

55 Cr 3 (0.55%. de carbone, 0.75% de chrome )

51 CrV (0.51% de carbone,1% de chrome, vanadium)

Aciers fortement alliés(+5% en masse)

- lettre X

- nombre égal à 100 fois la teneur en carbone'

- symboles chimiques des éléments d'addition par ordre des teneurs décroissantes

- un ou deux nombres (parfois 3) indiquant les teneurs des éléments d'addition.

Exemple : X 30 Cr 13 (0.30% de carbone,13% de chrome )

X 4 Cr Mo S 18 (0.04% de carbone, 18% de chrome, molybdène, soufre )

4.3-ACIERS UTILISES EN AERONAUTIQUE:

-C 8 -C 6 ( Aciers extra-doux ) et C 22(aciers doux),ils sont facilement soudables, se prêtent bien à la cémentation.

Leur grande capacité d'emboutissage permet leurs utilisations dans la fabrication des enveloppes ou carters.

-C 35 -C 45 -(aciers mi-dur) Ils se trempent à l'eau après chauffage à 850°C (trempe médiocre).La soudabilité est mauvaise.

-C 55 - C 65 -(aciers durs)Ils se trempent fortement à l'eau ou à l'huile sous faible épaisseur. Ils sont utilisés après revenu à 550°C. Utilisation : ressorts, cordes à piano

-C 85 - C 110 -(Aciers extra durs) Trempe à l'eau, c'est l'acier à outils

Aciers nickel chrome:

30 Ni Cr 11 - 0.30%C, 2.5%Ni, Chrome

Utilises pour réalistes par forgeage (boulonnerie de qualité) .Ces aciers sont difficiles à souder(soudage par étincelage).

Aciers chrome-molybdène: ' .

25 Cr Mo 4 - 0.25%C , 1%Cr, molybdène

Ensembles soudés en tôles ou en tubes (caisson de train d'atterrissage, berceaux de moteur en ligne, guignols ,chapes soudées) nécessité d'un traitement thermique après soudage.

Bonne résistance au fluage jusqu'à 550 à 600°C (disques de turbine)

Aciers nickel-chrome-molybdène: ,

30 Ni Cr Mo 16

Ce sont des aciers auto trempants.(Trains d'atterrissage)

Aciers au chrome-molvbdène-vanadium

40Cr Mo V 20

Aciers inoxydables

X 30 Cr 13

Utilisés pour les ailettes de compresseurs axiaux, disques de turbine(T°< à 550°)C)

X 10 Cr Ni Ti 18-8

Utilisés pour les ailettes des étages médians de certains compresseurs et pour les becs de bord d'attaque d'avions supersoniques.

X 2 Cr Ni 18.6

Fil à freiner

Aciers inoxydables à durcissement structural

Utilisable à une température de 500°C,le durcissement structural est obtenu en ajoutant à des aciers nickel chrome des éléments d'alliages (aluminium ,titane , molybdène, cuivre) et en chauffant à une certaine température pendant un temps assez long.

Exemple : Acier 17.7 PH( Précipitation hardenable)

17% de chrome, 7% de nickel,1.2% d'aluminim,0.07% de carbone.

Utilisation: pièces structurales et revêtements des avions supersoniques.

SYMBOLES CHIMIQUES INTERNATIONAUX
Element d‘alliage	Symbole chimique	Element d‘alliage	Symbole chimique	Element d‘alliage	Symbole chimique
Aluminium	AI	Cobalt	Co	Nickel	Ni
Antimoine	Sb	Cuivre	Cu	Niobium	Nb
Argent	Ag	Etain	Sn	Plomb	Pb
Berylium	Be	Fer	Fe	Silicium	Si
Bismuth	Bi	Gallium	Ga	Strontium	Sr
Bore	B	Lithium	Li	Titane	Ti
Cadmium	Cd	Magnesium	Mg	Vanadium	V
Cerium	Ce	Manganese	Mn	Zinc	Zn
Chrome	Cr	Molybdene	Mo	Zirconium	Zr

COEFFICIENT MULTIPLICATEUR
Element d'alliage	Coef.
Cr, Co, Mn, Ni, Si, W	4
AI, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Tl, V, Zr	10
Ce, N, P, S	100
B	1000