Créé le : 03/08/2009
Les recherches sur les bases de données ne montrent pas la préconisation de nouveaux aciers. Mais on assiste à des recherches pour livrer des aciers de plus grande pureté. Les contraintes techniques et économiques imposées expliquent le faible choix dans les éléments d'alliage souhaités.La composition et les traitements thermiques des aciers et des fontes ont été améliorés mais, dans certains cas d'utilisation (stockage hivernal sous contrainte), on peut observer des ruptures fragiles de certains composants. Le choix des nuances est donc primordial en fonction de l'utilisation finale du composant. On lui demande des propriétés mécaniques souvent contradictoires : dureté, limite d'élasticité, résistance à la compression, au fluage, à la fatigue, résilience, aptitude au vieillissement, amortissement des vibrations et des chocs. LES PIECES D'USURE EN CONTACT AVEC LE SOL DANS LE MACHINISME AGRICOLEQue ce soit pour le labour, la préparation du sol, le déchaumage, le semis, le sous-solage et la fertilisation, l'outil subit différentes contraintes mécaniques en fonction de son utilisation. Si on veut augmenter la résistance de l'outil à l'usure et aux chocs, il faut que ce dernier puisse encaisser des variations brutales de charges tout en ayant une grande résistance à l'usure, surtout au niveau de l'arête travaillante.Pour cela, il faut combiner plusieurs caractéristiques : Dureté Elasticité AmortissementVERS UNE NOUVELLE CONCEPTIONOn remarque, de la part des constructeurs, une recherche de l'adaptation du poids des outillages en fonction de l'application par l'utilisation de supports en profilé creux, et une recherche de l'amortissement entre la transmission et le point d'effort de l'outil pour éviter toute surcharge localisée.Pour cela on utilise, seuls ou combinés : Des suspensions hydrauliques à roues indépendantes pour le tracteur, Un amortissement hydraulique entre le tracteur et le bras porte outils, Un moyen d'amortissement sur chaque outil, Des outils flexibles (dents de herses).On obtient ainsi un effort plus régulier sur l'outil. L'effort exercé étant fonction de la profondeur de pénétration, les socs déchaumeurs pourront avoir des largeurs de 170 mm pour une profondeur de travail de 5 à 10 cm, les socs retourneurs une largeur de 75 mm pour un travail à 8 15 cm et des socs étroits (55 mm pour un travail plus profond (15 25 cm)L'amortissement sur chaque outil est un problème de coût. Différentes solutions sont disponibles : Parallélogramme articulé avec un bras déformable (ressort à boudin ou à lame), à lame : ou à ressort : Montage direct avec spire d'amortissement dit en queue de cochon, simple pour le labour ou double pour la préparation du sol (dent de herse). Amortisseurs élastomères pour des charges plus faibles : Ces systèmes permettent de mieux adapter les outils aux inhomogénéités des terrains.Pour la finition des sols, on retrouve l'utilisation de rouleaux profilés en fonte ou disques accolés en remplacement des cylindres lisses et creux beaucoup moins efficaces [3], [12], [28].RUPTURE FRAGILE DES PIECES STOCKEES SOUS CONTRAINTELe matériel agricole n'est généralement pas utilisé dans des conditions climatiques extrêmes. Aussi, les aciers utilisés sont sujets à une rupture fragile en dessous d'une certaine température qui dépend de la composition, des traitements thermiques et des conditions de construction du matériel. Pour les aciers couramment utilisés, elle se situe à environ 10°C.Les travaux de labour ne sont pas réalisés en dessous de ces températures. Par contre un certain nombre de composants (ressorts, lames ) peuvent être stockés durant toute la saison hivernale dans des conditions difficiles et être à l'origine de ruptures. On a vu en France des problèmes sur des ressorts ayant conduit à des dégâts importants. En effet, sous l'effet combiné des contraintes (un ressort maintenu sous pression) et d'agressions climatiques (environnement corrosif), ces composants peuvent casser brutalement.De plus, les sollicitations mécaniques et chimiques subies par les outillages agricoles sont nombreuses et, dans certains cas, dépassent les limites prévues à la conception: chocs, variation de la densité de terrain, abrasion, environnement pouvant être corrosif C'est au niveau microscopique que se trouve l'origine de certaines ruptures, et plus particulièrement de la rupture fragile.PRECAUTIONS A PRENDRE LORS DE LA FABRICATIONLes différentes opérations d'usinage et d'assemblage peuvent être lourdes de conséquences sur la durée de vie de l'outillage.LE SOUDAGE : En fonction de la technologie employée (TIG, MIG, laser ), la zone de soudure va plus ou moins être chauffée et ce sur une distance plus ou moins grande. C'est ce qu'on appelle la zone affectée thermiquement (ZAT). Plusieurs phénomènes peuvent se produire dans cette zone : Une surchauffe entraîne la fusion du joint de grain, ou la présence d'impuretés dans la composition abaisse la température de fusion. Lors du refroidissement, on peut former des phases très fragiles qui rendent les propriétés mécaniques nulles, On dissout une partie des carbures de chrome. La protection contre la corrosion n'est plus assurée, On décompose une partie des phases durcissantes obtenues par précipitation secondaire. Pour ces nuances, des précautions sont à prendre pour éviter de dépasser 250°C environ.L'USINAGE :Un usinage mal adapté peut créer des contraintes de surface ou des micro-fissures qui seront à l'origine de ruptures par propagation de fissure. Dans le pire des cas, il peut dégrader la microstructure par un échauffement local. La maîtrise des conditions de coupe et de refroidissement est donc primordiale [3, 9, 10, 11].COMPOSITIONS D'ACIERS ADAPTEES AUX PIECES D'USURE EN CONTACT AVEC LE SOL DANS LE MACHINISME AGRICOLEEn fonction de la pièce et de sa conception, on utilise en général des aciers de type : 55Si7 30MCB5 au bore 2C45 pour cémentation(nomenclature CECA-Euronom)On applique aussi des traitements thermiques de trempe et de revenu, complétés par de la cémentation et de la carbonitruration. On peut faire de la trempe partielle par induction.Par ailleurs Arcelor et TyssenKrupp viennent de s'associer pour industrialiser courant 2006 de nouveaux aciers à forte teneur en Manganèse (20%) permettant d'obtenir une résistance mécanique de 1000MPa et 50% d'allongement comparé à 800MPa et 25% d'allongement pour les aciers actuels. Le marché visé est la carrosserie automobile, mais d'autres produits basés sur les mêmes propriétés devrait voir le jour ultérieurement.Ces propriétés sont obtenues par un nouveau mécanisme de déformation appelé Twining induced plasticity' qui consiste à un cisaillement entre les plans d'atomes des cristaux sans avoir de changement de phase comme c'est habituellement le cas [3, 7, 11, 15, 21, 22, 23, 25, 29].COMBINER LES TECHNOLOGIESLes progrès dans la métallurgie des aciers ne permettent pas encore d'avoir à disposition des nuances suffisamment résistantes à l'abrasion par le sol. On trouve des fournisseurs de plaques d'usure tels Hardox (http://www.hardox.com/fr/default.asp), mais les précautions d'assemblage et d'usinage sont contraignantes.A partir de nuances plus standard comme des aciers au manganèse ou au bore, il est possible de renforcer localement l'outillage pour lui conférer une plus grande duré de vie.LES SOLUTIONS LES PLUS COURANTES : Brasage d'inserts en carbure ROCK PRODUCTS : http://rockproducts.com/mag/rock_tungsten_carbide_wear_2/ KENAMETAL : http://www.kennametal.com/en/amsg/blades_agricultural.jhtml;jsessionid=VZAMIE1SAK14JLAUBIOSFEVMCQFBYIV0 AGRICARB : http://perso.wanadoo.fr/agricarb/ Revêtements par projection de métaux ou de céramique en fusion. La durée de vie de l'outil sera maximum si on considère l'outil dans sa globalité, de la partie travaillante au support sur l'outillage.Différentes études comparatives ont été menées ces 20 dernières années par le Cetim. L'étude de 1999 a montré que les plaquettes en carbure brasée améliorent d'un facteur sept la durée de vie par rapport à un acier standard 55S7. Par contre, cette solution reste limitée lors de chocs directs. Les procédés de rechargement à la flamme ou PTA sont très satisfaisants et plus simples de mise en uvre [30, 31, 32, 33].REFERENCES[1] Aciers Duplex : http://www.mmat.ubc.ca/courses/mmat380/lectures/2004/Lecture%2015-Duplex%20Steel(Complete).pdf [2] Key To Steel, origines des ruptures dans les aciers : http://www.key-to-steel.com/fr/Articles/Art119.htm [3] Ductile.org : http://www.ductile.org/didata/download.htm[4] Key To Steel, traitements de surface dans les aciers : http://www.key-to-steel.com/fr/Articles/Art113.htm[5] Stainless steel information center : http://www.ssina.com/glossary.htm [6] Traitement ADI : http://www.ductile.org/dimg/pdf/Digest.pdf [7] TRITEN ARMLOY, aciers austénitiques pour le durcissement et la résistance à l'usure : http://www.tritenapg.com/product3.html[8] Rapports de recherche sur le frittage de métaux : http://www.bls.fr/amatech/Sciences/Mecanosynthese/Archives/free/lrfm2001/lrfm1001.pdf [9] Fissuration en relaxation des aciers inoxydables austénitiques au voisinage des soudures. Q. Auzoux, L. Allais, A.F. Gourgues and A. Pineau, J. Phys. IV France 106 (2003)[10] Comparison of CrMoV steel grades with the enhanced CrMo-steel 12CrMo 9-10 for the use in petrochemical reactors. G. Luxenburger, I. Detemple. Rev. Met. Paris, N°10 (October 2004), pp. 855-865 [11] High temperature oxidation of duplex stainless steels. Y. Riquier and H. Zhang [12] Comportement mécanique des aciers TRIP. Marcel Berveiller, Mohammed Cherkaoui and Étienne Patoor. J. Phys. IV France 106 (2003).[13] Elementary mechanisms of brittle and semi-brittle fracture. P. Gumbsch, Fraunhofer lnstitute for Mechanics of Materials (IWM), Wöhlerstrasse 11, 79108 Freiburg, Germany[14] Ségrégation interfaciale et rupture : l'apport d'une approche atomistique "mixte". J. Creuze, F. Berthier, R. Tétot2 and B. Legrand, J. Phys. IV France 106 (2003) 13.[15] Effect of Ti addition on the microstructure and mechanical properties of a cast Fe-Ni-Mo-Mn maraging steel. S. Hossein Nejad and M. Nili Ahmadabadi. J. Phys. IV France 112 (2003) 461.[16] Influence des inclusions sur la rupture d'un acier faiblement allié. P. Hausild,C. Berdin. J. Phys. IV France 106 (2003) 173.[17] Limit states of advanced structural materials and modern approaches to their testing. I. DLOUHÝ. Institute of Materials Engineering, TU Brno[18] Micromechanical aspects of brittle fracture initiation with respect to impurity effect. I. DLOUHÝ. Institute of Materials Engineering, TU Brno[19] Magazine en ligne : http://www.immnet.com/articles?article=2498 [20] Powder Injection Molding : http://www.scientific.net/Powder_Injection_Molding.htm [21] Key To Steel, aciers à usage cryogénique : http://www.key-to-steel.com/articles/art61.htm [22] Key To Steel, résistance des aciers à basse température : http://www.key-to-steel.com/Articles/Art66.htm [23] Aciers à usage cryogénique : http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1176 [24] Aciers pour injection molding et traitement de surface associés : http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1176 [25] Instruments chirurgicaux fabriqués en MIM, caractéristiques : http://www.devicelink.com/mddi/archive/02/11/002.html [26] Densification and strength evolution in solid-state sintering Part I Experimental investigation. Xiaoping Xu, Wuwen Yi. Journal of Materials Science, 39 (6): 2113-2119, March 15 2004.[27] Powerful microscopy techniques available for resolving complex microstructure in multiphase steels. W. Saikaly, X. Bano, C. Issartel G. Rigaut and A. Charai. Rev. Met. Paris, N°5 (May 2003), pp. 513-521 [28] Key To Steel, sélection de nuance pour protection contre l'usure : http://www.key-to-steel.com/fr/Articles/Art139.htm[29] Les aciers à haut manganèse' visent l'automobile, l'Usine Nouvelle n°2952, 24 février 2005.[30] Rapport d'étude du CETIM n°12D160 de février 1980, résistance à l'abrasion des outils de travail du sol, B.Rigaut[31] Rapport d'étude du CETIM n°196401 d'avril 1996, revêtements anti-usure, JC Pavy et JJ Tessier.[32] Rapport d'étude du CETIM n°196402 de mars 1999, revêtements anti-usure, JC Pavy et JJ Tessier.[33] Rapport d'étude du CETIM n°196403 de mars 1999, revêtements anti-usure.