Amélioration des propriétés d'usure d'acier à outils par traitements de surface Influence du mode d'élaboration

Les aciers pour outillage doivent avoir des propriétés d'emploi qui leur permettent des durées de vie compétitives. Une grande résistance à l'usure est particulièrement requise vu que ces matériaux sont principalement sollicités à leur surface. A côté d'une résistance à l'usure performante, une grande capacité d'absorption des chocs est très souvent sollicitée c'est à dire une grande ténacité à cœur. Pour ce faire, divers traitements de surface ont été développés; l'évolution de leur technologie a été spectaculaire et on assiste aujourd'hui au développement de nouvelles techniques de traitement de surface de plus en plus performante qui consistent à produire des surfaces de composition, structure et propriétés totalement différentes du cœur de la pièce. La nitruration ionique en fait partie. Cependant la réussite de ce type de traitement est gouvernée par plusieurs paramètres, différents pour chaque type d'aciers et chaque type d'utilisation. La maîtrise de ces traitements nécessite une excellente connaissance de la microstructure et des propriétés mécaniques des matériaux ainsi que des procédés de traitements thermiques.

Cette étude concerne un acier pour travail à chaud, le Z38CDV5 (AISI H13), élaboré d'une manière classique mais aussi refondu sous laitier; le but étant de voir l'influence des inclusions sur le propriétés et la réponse à la nitruration ionique en passant par les traitements préliminaires de trempe et revenu sous vide. Ce type d'acier est utilisé pour les outils de mise en forme des matières plastiques (matrice, piston, filières…)

La courbe TRC de l’acier étudié à été tracée au terme de plusieurs essais de dilatométrie, d’analyses aux RX , de mesures de microduretés et d’observations microscopiques. L’étude du revenu a permi d’élaborer la courbe de revenu et par conséquent le domaine de durcissement secondaire.

Le but de ces travaux est de trouver les conditions optimales de traitement (Température et durée d'austénitisation, vitesse de refroidissement, %N₂, température de nitruration, durées,…) pour une meilleure tenue de la couche nitrurée à l'usure; à cet effet des essais d'usure "pion sur disque" seront effectués. L'influence de la vitesse de rotation, la nature du matériau en contact, de la pression Hertzienne et du lubrifiant seront étudiés.

Ces travaux qui se font en partenariat avec la seule entreprise en Tunisie qui pratique la nitruration ionique (F3T) impliquent donc des techniques d'investigation microstructurale (microscopie optique, électronique à balayage et électronique à transmission), physique (dilatométrie, calorimétrie, diffraction des RX) et des essais mécaniques (microduretés/duretés, essais d'usure) combinés. (Thèse d’état)

Le matériau étudué est un acier pour coupe rapide élaboré respectivement par la métallurgie conventionnelle et la métallurgie des poudres; le but étant de comprendre la relation entre les paramètres de traitement, la microstructure des aciers et les propriétés mécaniques des pièces traitées (Habilitation).

Les courbes TRC de l’acier élaboré par les 2 méthodes ont été réalisées, ainsi qu’une étude comparé du comportement au revenu (dilatométrie, microduretés, RX, métallographie,…).

En parallèle; une étude récente est menée en collaboration avec le "Advanced Steel and Processing Research Center" au Colorado School of Mines (Golden, Co/USA) sur le durcissement superficiel par trempe laser de ce même type d'acier élaboré par Métallurgie des Poudres (visite scientifique de N. Ben salah)

Jalel Briki, Le traitement sous vide: influence des conditions de mise sous vide sur la qualité de deux aciers à outils: Z38CDV5 et Z85WDCV6-5-4-2 - Comparaison avec les traitements sous atmosphère contrôlée - Approche bibliographique, R.I./LMM/94-01

Souad Ben Slima, La nitruration ionique: influence des conditions d'exécution de la nitruration ionique sur la qualité de la couche de nitruration (profondeur, dureté, résistance à l'usure,…) de deux aciers à outils:Z38CDV5 et Z85WDCV6-5-4-2 - Approche bibliographique, R.I./LMM/94-03