DÉVELOPPEMENT DE NUANCES D’ACIER AU MANGANESE ALLIE DESTINE A L’USURE
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Date
2017
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Abstract
L'acier austénitique au manganèse ou l’acier Hadfield est un acier qui possède une
résistance à l'usure, une dureté et un taux d'écrouissage très élevés. Ces propriétés l'ont rendu
sollicité dans des applications industrielles sévères. Les composants d'alliage principaux de
l'acier Hadfield incluent approximativement 10–14% de manganèse et 1 –1.4 % de carbone.
Cet acier, destiné à des sollicitations répétées d’usure et de choc, est recommandé pour les
industries lourdes dont les applications utilisent les mâchoires de broyeur, les marteaux
d’impact, les aiguilles de chemins de fer, les bandes de roulements de chenilles… etc.
Ce travail a pour objectif de déterminer l’influence des éléments d’alliage (molybdène,
nickel et niobium) sur la formation de la structure et les propriétés tribologiques d’un acier
austénitique à 12% de manganèse. L’addition du molybdène, du nickel et du niobium dans
l’acier à 12% Mn est dans le but d’assurer la formation d’une couche de travail présentant de
meilleures caractéristiques de service (résistance à l’usure et dureté).
Les échantillons, objets de la présente étude, sont élaborés dans un four électrique à arc. Les
éléments d’addition (molybdène, nickel et niobium), variant entre 0.10 et 0.3%, ont été
ajoutés sous forme de ferro-alliage dans l’acier de base.
Des techniques de caractérisation par métallographie optique, moyennant plusieurs attaques
chimique, métallographie électronique à balayage MEB, dureté, microdureté, essais
d’écrouissage, DRX, et des essais d’usure (frottement et impact) ont été utilisées pour mettre
en évidence l’effet des éléments d’alliage ajoutés sur la formation de la structure et les
propriétés d’emploi des différents aciers étudiés.
Les résultats obtenus ont montré une nette influence des éléments additionnés sur le
caractère de cristallisation des alliages étudiés et différentes structures métallographiques sont
obtenues. L’ajout de ces éléments a permis l’apparition, dans les différentes structures
obtenues, des précipités (carbures) de finesse variable et en grande quantité par rapport à
l’acier de base brut de coulée. La formation de deux types d’austénite l’une enrichie et l’autre
appauvrie après hyper trempe a été notée. Une augmentation de la dureté des différents aciers
expérimentés a été remarquée suite à l’addition des éléments d’alliages considérés. Après
écrouissage, les microstructures ont fait apparaitre deux couches variables de différentes
épaisseurs caractérisées par une structure métallographique différente et des duretés plus
élevées que celles mesurées sur l’acier de base. Une nette influence des éléments d’alliage est
obtenue sur la résistance à l’usure par impact et par frottement après le traitement thermiques
appliqué. L’importance de l’addition des éléments d’alliage à l’acier de base (acier
austénitique au manganèse) avec des faibles taux de molybdène, de nickel et de niobium a
engendré une nette augmentation de l’épaisseur de la couche écrouie des échantillons étudiés.
Ceci justifie l’amélioration de la résistance à l’usure par frottement et par impact.