Rôle des éléments dans les pièces moulées et ordre d’ajout

Dans le processus de production de pièces moulées, afin d’ajuster les éléments chimiques dans la plage requise, nous devons ajouter des éléments d’alliage. La quantité de chaque élément ajouté à la pièce moulée, le moment de l’ajout ainsi que l’ordre d’ajout influencent la qualité de la pièce moulée. Nous tentons d’analyser plusieurs éléments couramment utilisés :

Je suis... Rôle de chaque élément et principe d’ajout

(1) Carbone (C)

Fonction :

Renforcement de la matrice : Le carbone (C) est l’élément fondamental de renforcement en solution solide de l’acier ; il forme de la cémentite (Fe₃C) avec le fer, améliorant ainsi la dureté et la résistance.

Contrôle de la solidification : Une teneur élevée en carbone réduit la fluidité de l’acier en fusion et augmente la tendance au retrait.

Principe de l'addition : La teneur doit être ajustée en fonction des performances cibles (généralement contrôlée entre 0,15 % et 0,3 % dans les aciers faiblement alliés).

Risque excessif : Lorsque C > 0,5 %, la ténacité diminue nettement et la soudabilité se dégrade.

(2) Silicium (Si)

Fonction :

Désocxydant : Réagit préférentiellement avec l’oxygène pour former du SiO₂, afin de purifier l’acier en fusion.

Renforcement par solution solide : Se dissout dans la ferrite pour augmenter la résistance (la résistance à la traction augmente d’environ 4 MPa pour chaque augmentation de 0,1 % de Si).

Principe de l'addition : Ajouter en fin de fusion (période de réduction) afin d’éviter les pertes par oxydation (par exemple, à l’aide d’un alliage de ferrosilicium).

Risque d’une teneur excessive : La teneur est contrôlée entre 0,2 % et 0,5 % ; une teneur trop élevée réduit la ténacité.

(3) Manganèse (Mn)

Fonction :

Désocxydation et désulfuration : Génère du MnO (désocxydation) avec l’oxygène et du MnS (désulfuration) avec le soufre.

Amélioration de la trempabilité : Retarde la transformation perlite et améliore la trempabilité martensitique.

Principe de l'addition : ajouter par lots pendant la période d'oxydation (désoxydation + désulfuration) et ajouter pendant la période de réduction (si brûlé).

Risque d'un excès de teneur : la teneur est contrôlée entre 0,8 % et 1,5 % ; une teneur trop élevée peut facilement provoquer une fragilité à la trempe.

(4) Phosphore (P)

Fonction :

Éléments nocifs : se dissolvent dans la ferrite, réduisent la plasticité et la ténacité (tendance à la fragilité à froid).

Renforcement par solution solide : des traces de P peuvent améliorer la résistance, mais la quantité doit être strictement contrôlée. Il n'est pas recommandé de l'ajouter lors de la production en four à moyenne fréquence.

Principe de contrôle : privilégier autant que possible des matières premières faiblement phosphorées (par exemple, la ferraille) et éviter tout ajout supplémentaire pendant la fusion.

Risque d'une teneur excessive : la teneur doit être inférieure à 0,035 % (les aciers de haute qualité exigent une teneur inférieure à 0,025 %).

(5) Soufre (S)

Fonction :

Éléments nocifs : forme du FeS avec le fer, provoquant une fragilité à chaud (fissuration lors du traitement à haute température).

Contrôle de l'inclusion : doit être combiné avec du manganèse pour générer du MnS (réduction des effets néfastes).

Principe de contrôle : désulfuration par ajout de manganèse (rapport Mn:S recommandé de 2:1 à 3:1).

Risque d’excès : la teneur doit être inférieure à 0,035 % (aciers spéciaux < 0,02 %).

(6) Chrome (Cr)

Fonction :

Amélioration de la trempabilité : retarde la décomposition de l’austénite et augmente la dureté de la martensite.

Résistance à la corrosion : formation d’un film oxydé dense de Cr₂O₃ (par exemple, acier inoxydable).

Affinage du grain : inhibe la croissance des grains d’austénite.

Principe d’ajout : ajouter pendant la période de fusion (point de fusion élevé, dissolution à haute température requise). La teneur est généralement comprise entre 0,5 % et 2,0 % (ajustée en fonction des exigences de résistance à la corrosion ou à l’usure). résistance).

(7) Molybdène (Mo)

Fonction :

Affiner les grains : inhiber le grossissement des grains d’austénite et améliorer la ténacité.

Stabilité à haute température : améliorer la dureté à chaud et la résistance au fluage.

Durcissement en solution solide : renforcer la résistance de la matrice.

Principe d’ajout : ajouter pendant la période de fusion (de façon similaire au Cr) afin d’éviter la volatilisation à haute température. La teneur est généralement comprise entre 0,1 % et 0,3 % (plus élevée pour les aciers riches en molybdène).

ⅱ. Interactions entre éléments

(1) Effet synergique du C et du Si/Mn

Équilibre de désaération : le Si désaère en premier lieu, tandis que le Mn contribue au désulfurage ; toutefois, un excès de Si inhibe l’effet désulfurant du Mn.

Effet sur la transformation de phase : lorsque la teneur en C est élevée, le Mn peut retarder la transformation en perlite, entraînant une augmentation de l’austénite résiduelle.

(2) Effet complémentaire du Cr et du Mo

Additivité de la trempabilité : le Cr et le Mo améliorent conjointement la trempabilité, ce qui convient aux aciers à haute résistance (par exemple les aciers HSLA).

Synergie de résistance à la corrosion : le Cr forme un film de passivation, et le Mo améliore la résistance à la corrosion localisée (par exemple, association Cr-Mo dans les aciers inoxydables).

(3) Effet synergique nocif du P et du S

Fragilité à basse température : le P aggrave la fragilité à froid, et le S provoque la fragilité à chaud. Ce risque doit être réduit grâce au Mn et au contrôle du procédé.

ⅲ. Adaptabilité du procédé de fusion au four à fréquence intermédiaire

(1) Optimisation de la séquence d’ajout

Période de fusion : ajouter des éléments à point de fusion élevé, tels que le Cr et le Mo, afin d’assurer leur dissolution complète.

Période d’oxydation : ajouter le Mn par lots (désoxydation + désulfuration). Pour les produits exigeant une haute qualité, on peut recourir à la technologie de soufflage d’oxygène, mais la quantité d’oxygène soufflé doit être contrôlée afin d’éviter une oxydation excessive.

Période de réduction : ajouter du Si (désoxydation finale) et compléter en Mn (si celui-ci a été consommé).