Etablissement Université de Béjaia - Abderrahmane Mira Affiliation Département de Génie Mécanique Auteur ABDELHAMID, Sad-eddine Directeur

Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement Université de Béjaia - Abderrahmane Mira Affiliation Département de Génie Mécanique Auteur ABDELHAMID, Sad-eddine Directeur de thèse Moussa, Kerkar (Professeur) Filière Génie Mécanique Diplôme Doctorat Titre Optimisation structurale, microstructurale et mécanique d’une fonte hautement alliée au Chrome utilisée dans la fabrication des boulets de broyage Mots clés Fontes Alliées au chrome: Boulets de Broyage: Microstructures: DRX :Carbures: Usure: Résilience Résumé Les boulets de broyage utilisés dans l’industrie minière pour la transformation de la roche en fine sont soumis à des conditions très sévères et complexes. L’usure abrasive et les chocs répétés sont les causes essentielles de leurs dégradation. Pour répondre aux exigences mécaniques et technologiques, ces boulets sont fabriqués en fonte fortement alliée au chrome (10 à 13% de chrome). En effet, le secteur du ciment utilise deux types de boulets de broyage (local et importé). Durant leur utilisation, le boulet local a montré des performances inférieures à celles du boulet importé; notamment, il présente un taux élevé de casse lié à une mauvaise résistance aux chocs et à l’usure. Dans l’objectif d’identifier les causes de ce problème et de parvenir à une amélioration des propriétés des boulets locaux, on se propose d’effectuer dans un premier temps une étude comparative basée sur la caractérisation structurale (DRX), microstructurale (MEB et EDAX) et mécanique des deux boulets (local et importé) d’un même diamètre et dans un deuxième temps, d’opimiser le traitement thermique pour réduire la fragilité de ces boulets. Pour ce faire, une fonte fortement alliée au chrome à l’état brut de coulé fournie par la fonderie de Tiaret, utilisée dans la fabrication des boulets de broyage, a été étudiée en effectuant une série de traitements thermiques d’austénitisation et de revenu. Selon la gamme des traitements thermiques effectués et la caractérisation structurale, microstructurale réalisées par MEB, Microanalyse EDAX et DRX et mécanique basée sur les tests d’usure et résilience, les résultats obtenus ont montrés que : - La présence des carbures de type M7C3 pour tous les traitements thermiques réalisés. Le traitement d’austénitisation aux températures de 1000°C et 1050°C offrent des duretés élevées (966 HV). - Les spectres de diffraction des échantillons traités à 950°C, 1000°C et 1050°C pendant une heure de maintien ont révélé que les intensités des pics correspondant à l’austénite résiduelle sont nettement inférieures à ceux de la martensite. En outre, pour l’échantillon traité à 1050°C, le spectre révèle la présence d’un autre carbure de type M2C. - Le spectre de diffraction de l’échantillon traité à 1100°C pendant une heure revèle que le l’intensité du pic correspondant à l’austenite résiduelle est supérieur à celui de la martensite. - L’effet du temps de maintien a été mis en évidence en constatant que le traitement thermique appliqué entraîne un changement de microstructure de cette fonte telle qu’une dispersion particulièrement fine de carbures de chrome dans la matrice martensitique et l’apparition du carbure M2C dû à la précipitation du carbure M7C3. - La diminution de la dureté après revenu pour l’ensemble des échantillons traités pourrait s’expliquer par la précipitation de carbures de type M2C qui entraîne un appauvrissement en carbone de la solution solide tout en relaxant les contraintes résiduelles. Par ailleurs, ces carbures M2C renforcent la dureté superficielle tout en maintenant le coeur de la pièce malléable ce qui favorise ainsi la résistance aux chocs. - L’échantillon, ayant subi un revenu à 525°C pendant 5 heures, présente une meilleure résistance à l’usure et aux chocs. En effet, à l’état martensitique de revenu, les carbures fins remplissent leur rôle de renforcement de la matrice et les propriétés de ce matériau sont nettement supérieures à celles de l’état brut de coulée. Mots clés : Fontes Alliées au chrome, Boulets de Broyage, Microstructures, DRX, Carbures, Usure, Résilience Abstract : The grinding balls used in the mining industry for the processing of fine rock are subjected to harsh conditions and complex. Abrasive wear and repeated shocks are the main causes of their degradation. To meet the mechanical and technological, these balls are made of cast iron with high chromium (10 to 13% chromium). Indeed, the cement industry uses two types of grinding balls (local and imported). During use, the local ball showed low performance to those of imported ball, in particular, it has a high rate of breakage due to poor resistance to shock and wear. The principal aim consist to identify the causes of this problem and to achieve improved properties balls. For which, we proposed in the first step, a comparative study between balls (local and imported) of the same diameter based on the structural characterization (XRD), microstructural (SEM and EDAX). In the second time, the aim was found the optimized heat treatment to reduce the fragility of these balls. To do this, a highly alloyed chromium cast iron provided by the foundry Tiaret, was used in the manufacture of grinding balls and was studied by performing a series of austenitizing heat treatments and tempering.The range of heat treatments and microstructural analysis performed by SEM, EDAX, XRD and mechanical tests based on wear and resilience have shown the following results : - The presence of M7C3 type carbides for all heat treatments carried out. The austenitization treatment at temperatures of 1000 ° C and 1050 ° C provide high hardness (966 HV). - The spectrum diffraction of the samples treated at 950 ° C, 1000 ° C and 1050 ° C for one hour showed that the intensities of the peaks corresponding to the austenite are significantly lower than those of the martensite. In addition, for the sample treated at 1050 ° C, the spectrum reveals the presence of another type carbide M2C. - The effect of holding time was highlighted by noting that the heat treatment causes a change in microstructure of the cast iron as a particularly fine dispersion of chromium carbides in the martensitic matrix and the appearance of M2C carbide due to the precipitation of M7C3 carbide. - The decrease in hardness after tempering for all treated samples could be explained by the precipitation of M2C type carbides resulting in a depletion of carbon in the solid solution while relaxing residual stresses. In addition, these carbides M2C strengthening the surface hardness while keeping the heart of the piece malleable and which improve resistance to shocks. - The sample treated of tempering at 525 ° C for 5 hours, has better wear resistance and resistance to shocks. Indeed, in the tempering martensitic, the fine carbides showed their role of strengthening the matrix and the properties of this material are much higher than that of the initial cast iron Keywords: Cast Iron with high Chromium, Grinding Balls, Microstructures, XRD, Carbides, Wear, Resilience. Date de soutenance 30/10/2012 Cote 621D/12 Pagination 77 f. Illusatration fig.graph. Format 30 cm Notes bibliogr.f.77 annexes Statut Soutenue