Effet du molybdène

Le molybdène est un élément alphagène et fortement carburigène [80]. Son affinité chimique au carbone est plus grande que celle du fer et du chrome. Il est caractérisé par un point de fusion de 2623°C. L’ajout du molybdène aux alliages ferreux génère un durcissement secondaire et affine la structure. Il forme des carbures très durs, principalement de type M6C avec une dureté de 1500 HV et M2C avec une dureté de 2000 HV [33]. Ces derniers améliorent la dureté, la limite d’élasticité et la résistance à l’usure. A haute teneur en molybdène, le matériau présente une faible aptitude au forgeage. Généralement, le molybdène est ajouté aux aciers au manganèse avec des teneurs variant entre 0,5 et 2% dont le but d’améliorer la ténacité, la limite d’élasticité et la résistance à la fissuration des pièces moulées lors de la solidification et lors des traitements de mise en solution. Sa présence dans ces aciers permet de les surclasser du point de vue de la résistance à l’abrasion. A l’état brut de coulée, le molybdène soit se trouve dissout dans l’austénite soit dans les carbures. Le molybdène en solution supprime efficacement la formation de carbures?fragilisant et de perlite, même lorsque l’acier est exposé à des températures de l’ordre de 275°C.

sections utilisées dans les concasseurs à rouleaux et à impact qui travaillent fréquemment à des hautes températures. La nuance E-2, qui contient environ 2% de molybdène, peut être soumise à un traitement thermique spécial afin de développer une structure avec des carbures finement dispersés dans de l’austénite. Ce dernier implique un affinement partiel du grain après un chauffage à une température de l’ordre 595°C pendant 12 h et une trempe à l’eau à partir de 980°C. Ce type de microstructure améliore la résistance à l’abrasion dans les applications de broyage tout en gardant une meilleure ductilité au coeur (allongement entre 15 et 25%) [34]. A. Nasajpour et al [8], ont entrepris des essais sur un acier Hadfield à différentes teneurs en molybdène (0.75, 1.2, 1.65 et 2.2 %) pour étudier l’influence de ce dernier sur le changement microstructural, l’écrouissage et la résistance à l’usure abrasive d’un acier Hadfield. Les microstructures obtenues sont composées d’une matrice austénitique et de carbures de fer et de manganèse précipités aux joints des grains. L’ajout du molybdène à l’acier Hadfield a favorisé la formation des carbures primaires du molybdène à l’intérieur des carbures complexes de fer et de manganèse. La figure I.15 illustre les structures obtenues. Le molybdène présent dans les carbures primaires tend à modifier la morphologie des zones interdendritiques autour de l’austénite vers une forme nodulaire moins nocive, en particulier lorsque sa teneur dépasse 1,5%. Les nuances à 1% de molybdène (tableau I.1) résistent mieux à des températures relativement élevées que les autres nuances. La nuance E-1 est adaptée aux pièces moulées de grandesL’augmentation de la teneur en molybdène a augmenté la fraction volumique des carbures de molybdène et a limité la formation des carbures complexes de fer et de manganèse. Les essais d’usure entrepris sur ces échantillons ont montré que la dureté et la résistance à l’usure abrasive varient proportionnellement avec l’augmentation de la teneur en molybdène.

Effet du niobium

Le niobium est un élément alphagène et carburigène. Il fait partie des éléments de la cinquième colonne du tableau périodique. Il est caractérisé par un point de fusion de 2477°C. C’est un élément d’alliage important dans les aciers. Il est utilisé pour l’affinement du grain en retardant la recristallisation [81]. Il forme des carbure très durs, principalement de type MC de dureté variant entre 2400 HV et 2850 HV [82,84]. Ces derniers favorisent le durcissement par précipitation et améliorent la dureté et la résistance à l’usure de l’acier [85]. Il améliore la trempabilité de l’acier et accélère la transformation displacive et la formation de la martensite [86]. L’ajout du niobium en grande teneurs favorise la formation de grande quantité de Nb(C,N) provoquant la fissuration à chaux [87,88]. J. Cao et al. [89] ont examiné l’effet de micro-addition du niobium sur la microstructure d’un acier au manganèse. L’acier au manganèse allié au niobium, Fe-14.9%Mn-0.95%C- 0.012%Nb, a été exploité et comparé à un acier au manganèse non allié au niobium, Fe-14.4%Mn-0.86%C. Les échantillons ont été homogénéisés à 1200°C pendant une heure, puisils ont été laminés à une température de 1100°C. Après le processus de laminage, la plaque obtenue a été trempée à l’eau après un maintien de quinze minutes à une température de 1000°C. Les auteurs ont observé qu’après la trempe à l’eau, les deux aciers possèdent une structure austénitique. La différence entre les deux microstructures obtenues se distingue par la taille des grains austénitiques. L’acier contenant du niobium a révélé une structure à grains fins.