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FABRICATION
DES METAUX

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14/03/2015

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LES MODES D'ÉLABORATION DES ALLIAGES

Il existe différents modes d'élaboration des alliages. Retrouvez dans ce dossier les détails et les avantages de chacun.

1 - Elaboration à l'air - ARC :

Elaboration primaire de l'acier ou de l'alliage par fusion électrique de ferrailles, dans un four électrique à l'arc, électrodes en graphite et coulée à l'air. Le métal est protégé de l'oxydation par une couche de laitier. Un dégazage complémentaire permet, grâce au vide, par brassage, une amélioration de l'état inclusionnaire et d'éliminer les gaz dissouts.

 

2 - Laitier

Adjuvant liquide synthétique à base de chaux, oxydant ou réducteur. En contact intime avec le métal par brassage, il participe aux réactions chimiques d'affinage de 'acier. En surface du métal fondu, il peut le protéger également de l'oxydation.

 

3 - ARC / AOD

Procédé d'affinage en poche des aciers inoxydables. Décarburation du métal liquide sous pression partielle d'oxygène (en dilution avec l'azote).
AOD : Argon Oxygen Decarburization

 

4 - Elaboration sous vide

Elaboration primaire de l'acier ou de l'alliage par chauffage induction, fusion des constituants et coulée dans une enceinte sous vide. La composition chimique et des propriétés métallurgiques sont améliorées. VIM : Vacuun Induction Melting.

Les avantages :

  • Diminue notablement la quantité de gaz dissous
  • Améliore le rendement des additions des éléments oxydables
  • Accélère les réactions d'affinage et conduit à une désoxydation très poussée
  • Permet un haut degré de pureté
  • Améliore les caractéristiques mécaniques ainsi que l'aptitude à la déformation à chaud.

 

5 - Refusion sous vide par électrode consommable

2ème fusion de l'acier ou de l'alliage. Le lingot primaire sert d'électrode consommable à la refusion qui s'effectue dans une enceinte sous vide. Sous l'effet d'un arc électrique provoqué par un courant alternatif, des gouttelettes de métal se forment à l'extrémité de l'électrode et tombent sur la surface du lingot qui se solidifie peu à peu. VAR : Vacuum Arc Remelting

Les avantages :

  • Structure de lingot optimale, solidification plus fine. Meilleure homogénéité de la composition chimique (réduction des
  • ségrégations, pas de gaz disssous)
  • Traces des éléments minimales (As - Sb - Sn- Cu)
  • Meilleure propreté inclusionnaire. Inclusions non métalliques minimales. Distribution homogène des inclusions restantes
  • Caractéristiques mécaniques potentielles nettement plus isotropes (écarts entre sens long et sens travers très réduits notamment pour la ténacité)
  • Excellente reproductibilité du process

 

6 - Refusion sous laitier électro-conducteur par électrode consommable

2ème fusion de l'acier ou de l'alliage. Le lingot primaire sert d'électrode consommable. L'extrémité immergée dans un laitier électroconducteur fond par effet Joule sous l'effet d'un courant électrique continu. Les gouttes du métal liquide traversent le laitier et tombent sur la surface supérieure du lingot qui se solidifie peu à peu. ESR : Electro Slag Remelting

Les avantages :

  • Possibilité de modifier la composition chimique par échange métal / laitier (important pour certaines nuances)
  • Teneur en soufre minimale
  • Possibilité de teneurs en azote plus élevées
  • Risque d'oxydation ou nitruration d'éléments très sensibles (Ti, Nb, Al)

 

7 - VIM + VAR + / ou ESR

Elaboration sous vide, suivie d'une refusion sous vide par électrode consommable, et/ou une refusion sous laitier électroconducteur par électrode consommable

 

8 - ARC - AOD + ESR

Elaboration four électrique à arc + AOD suivie d'une refusion sous laitier.

 

9 - MDP - Métallurgie des Poudres

Fusion et élaboration par l'une des méthodes précédentes, puis atomisation du métal liquide par des jets de gaz neutres. Les particules formées de forme sphérique se refroidissent très rapidement. Elles ont la particularité d'avoir la même analyse et une structure de solidification très fine.

Mise sous conteneur :

Les poudres, tamisées, de granulométrie précise, sont placées et scellées dans un conteneur métallique étanche, avant compaction à froid ou à chaud suivant l'alliage.
 

10 - LINGOT

Structure Cristalline :

Lorsque le métal liquide se refroidit, il se forme des germes constitués de cristallites. Les germes sont des cristaux qui se développent en respectant le réseau, selon des directions privilégiées. Il se crée un rameau principal sur lequel viennent se ramifier des rameaux secondaires orientés également selon les directions privilégiées du réseau. Ces cristaux ramifiés s'appellent des dendrites.

Microségrégation :

C'est la différence de composition entre la dendrite et l'espace inter dendritique voisin. Au début de la solidification, le corps de la dendrite est plus pauvre en éléments d'alliages que le liquide de départ. Le liquide résiduel s'enrichit donc puis se solidifie entre les dendrites.

Les défauts du lingot :

  • Les inclusions : présence d'impuretés non métalliques dans le métal (sulfures, aluminates, silicates) et d'oxydes, dispersées ou agglomérées en quantités variables et sous forme de particules plus ou moins fines.
  • Ségrégations : enrichissement local de certains éléments (carbone, soufre, phosphore, autres…) lors de la sodification.
  • Retassure : vide central dans le haut du lingot dû au retrait du métal lors de la solidification.
  • Soufflures : petites cavités produites par la présence d'un gaz dans le lingot

 

Abréviations

LES MODES ABRÉVIATIONS -
SIGNIFICATIONS
A l'air - ARC ARC
LAITIER LAITIER
ARC / AOD AOD : Argon
Oxygen Decarburization
ELABORATION SOUS
VIDE
ESR - VIM Vacuum
Induction Melting
REFUSION SOUS
VIDE PAR ELECTRODE CONSOMMABLE
VAR : Vacuum
Arc Remelting
REFUSION SOUS
LAITIER ELECTRO-CONDUCTEUR PAR ÉLECTRODE CONSOMMABLE
ESR :
Electro Slag Remelting
ELABORATION SOUS
VIDE SUIVIE D'UNE REFUSION 
VIM + VAR + / OU
ESR
ARC - AOD + ESR Elaboration four
électrique à arc + AOD suivie d'une refusion sous laitier
METALLURGIE DES
POUDRES
MDP
VIM VIM : Vacuum
Induction Melting

 

 

 
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