Aciers résistants à l’usure abrasive

Les aciers résistants à l’usure abrasive.

Ces aciers sont destinés à résister à l’usure par frottement, par abrasion ou aux chocs. Pour ces aciers, la caractéristique mécanique principalement recherchée est la dureté. Face à des sollicitations répétées ou par contact, l’acier finit souvent arraché et disparait.

Ces aciers sont utilisés dans les mines, les carrières, l’extraction des alluvions, l’industrie du recyclage, les cimenteries avec les opérations d’extraction, de concassage, de broyage et de criblage. Ils sont aussi utilisés pour les outils de travail du sol (travaux publics et machines agricoles).

On utilise ces aciers pour les fonds de benne pour leur qualité de résistance aux impacts violents, dans les bétonnières portées, dans les tambours mélangeurs, dans les goulottes de bétonnières, pour les lames d’attaque de chargeuses ou de pelles, pour des lames de godet de curage, pour des renforts sur des bandes transporteuses, pour les charrues, les outils de démolition, les trémies, pour la réalisation de viroles en chaudronnerie…

L’usure abrasive peut se faire:

• à vitesse élevée (marteaux de broyeurs),
• à vitesse lente pour des lames d’attaques de godets et de pelles, des lames de chargeurs, et des étraves de chasse-neige…
• sous forte contrainte (mâchoires de concasseurs).

Dans ce domaine de l’usure, il existe plusieurs aciers possibles mais ce sont les aciers de marque comme l’Hardox, le Creusabro  qui sont maintenant les plus couramment utilisés. D’autres marques moins répandues se partagent le marché : Roc, Dillidur, XAR, TIAS, RAEX….

Pour ces tôles qui doivent avoir une résilience très élevée, la dureté est souvent comprise entre 300 et 500 HB. A ce niveau de dureté, la difficulté réside dans la mise en œuvre. Ces tôles doivent pouvoir être percées, pliées, découpées, soudées. Elles sont destinées à la réalisation de pièces d’usure ou à la construction d’équipements. Cette mise en œuvre nécessite des machines onéreuses (cintreuse, plieuse…) et une partie de la mise en œuvre doit être sous-traitée à des entreprises spécialisées. Concernant l’usinage, au-delà de 300 HB, les aciers nécessitent des outils de coupe plus durs que l’acier à usiner et plus onéreux. L’outil de coupe s’use aussi par abrasion.

Ces tôles peuvent être oxy-coupées, découpées au plasma, au laser ou au jet d’eau.

Les tôles Hardox ont l’avantage d’être trempées et revenus, donc prêtes à l’emploi. Elles sont pré-peintes pour être facilement reconnaissables à leur couleur rouge. Les nuances les plus courantes sont l’Hardox 400 et l’Hardox 450. On trouve également de l’Hardox 600 et 700. L’Hardox 400 a une résilience de 45 Joules à -40°. L’Hardox 450 a une résilience de 40 joules à -40°. Pour la marque Creusabro, on trouve du Creusabro 4800 (pour 400HB-140Kg) et du Creusabro 8000 avec une dureté de 500HB (180Kg).

On trouve dans le commerce des lames droites ou chanfreinées avec chanfrein standard de 30° et un talon d’un tiers de l’épaisseur. Les épaisseurs courantes de ces lames d’attaque sont 15, 20, 25, 30 et 40 avec longueur courante de 3 à 6ml.

Pour les aciers à dureté 300HB, on trouve le ROC 250 recuit (200 à 260HB soit 80Kg), l’Abramax MU recuit (330HB) et le Toolox 33 traité (330HB). Ces aciers sont plus faciles à mettre en œuvre et conviennent pour des applications où l’usure est moyenne.

On utilise aussi des tôles d’usure pour faire des murs d’arrêt de balles dans les centres de tirs.

Parmi les autres aciers utilisés pour l’usure, il existe le Z120M12 et les 55Si7. Mais les aciers de marque les supplantent de plus en plus, en raison de leurs qualités, notamment la soudabilité et la mise en œuvre.

Le Z120M12 est un acier avec 12% de manganèse et 1.20% de carbone avec une dureté à cœur de 250HB qui s’écrouit en surface face aux chocs pour atteindre 500HB. On trouve parfois le Z120M12 sous le nom Pantanax (Thyssen) ou Roc Mn (Abraservice). Il est parfois utilisé sous forme de rond pour faire des barreaux de prison. Mais la difficulté principale de ces aciers est leur mise en œuvre (soudage, usinages).

Dans la famille des mangano-siliceux, on trouve les aciers 45Si7 ou 55Si7 qui sont encore utilisés pour leur résistance à l’abrasion et leur élasticité. L' acier 45Si7 ou 55Si7 a une dureté de 300HB (90 à 100 Kg). Sa composition est de 0.40 à 0.60% de carbone, 1.5% de silicium et 0.6% de manganèse. Il est donc difficilement soudable. Le silicium ayant un effet bénéfique sur le fluage, on les trouve utilisés sous forme de ressorts à lames plates superposées pour la suspension de camions ou dans les chemins de fer. C’est leur élasticité qui leur permet d’absorber l’énergie sans déformation plastique. Pour leur résistance à l’abrasion, ils sont encore utilisés pour des outils agricoles. On les appelle aussi aciers à ressorts ou aciers à soc. On trouve ces aciers avec parfois une addition de chrome pour augmenter la trempabilité : 60SiCr8. Puis d’autres aciers avec une addition de chrome et de vanadium : 50CrV4

Parmi les autres produits pour résister à l’usure, on trouve des aciers rechargés bi-métals qui sont composés d’une tôle en acier classique S235 (E24) et d’une autre tôle en produit rechargé (par exemple : Z160CDV12 traité à 55HRC) soudée ou colaminée à la première épaisseur. C’est dans le blindage que l’on trouve surtout ces aciers.

Des fonderies comme Manoir Industries Saint-Brieuc sont spécialisées dans les pièces d’usure en acier moulé.