Production de la fonte de moulage ‘EN-GJL-150’ à partir d’un minerai de fer riche en manganèse & étude d’usure

Abstract

Les travaux de cette thèse de Doctorat s’intéressent à l’étude d’une fonte brute locale riche en manganèse ainsi qu’à l’éventualité de son utilisation pour la fabrication d’outils de coupe, avec comme objectif la compréhension et l’amélioration de leur résistance à l’usure. Dans une première étape, nous avons étudié la production d’une fonte normalisées EN -GJL150

par la mise en place d’un nouveau procédé de fusion utilisant, voire combinant, 2 types de fours industriels en mode duplex. Nous avons entamé notre travail par une statistique descriptive sur trente échantillons de matière première choisis au hasard afin d'évaluer sa composition chimique moyenne. Les résultats ont montré que sa teneur en manganèse était trop élevée et qu’elle variait de 1,8 à 3,2% avec un intervalle de confiance tel que : Mn%=2,457±0,133, tandis que sa teneur en silicium était trop faible et variait de 0,28 à 1,05% avec un intervalle de confiance tel que : Si%=0,682±0,088. Nous avons donc mis en place un procédé de ‘correction/démanganisation’ que nous avons exécuté et contrôlé sur le métal fondu dans une cascade de deux fours à l’échelle industrielle : un four rotatif et un four à arc électrique. Nos expériences réalisées ont indiqué qu'il était possible de diminuer la teneur en manganèse dans le métal fondu de 2,46 % à moins de 0,95 % à 1300 °C. Nous avons également effectué un suivi cinétique de l'oxydation du manganèse en utilisant le modèle du premier ordre et les valeurs des coefficients de vitesse se sont avérées être de 0,0043 et 0,0020min-1 dans le four rotatif et le four à arc électrique, respectivement. Les duretés Brinell et Rockwell ont également été contrôlées pendant le processus de fusion en fonction de la diminution de la teneur en manganèse, dont elles dépendent fortement ; les résultats ont montré que les duretés Brinell et Rockwell diminuaient de 38,83 % et 27,81 % respectivement, lorsque la teneur en manganèse baissait de 2,46 % à 0,94 %. La micrographie optique a indiqué que la fonte à la sortie des fours avait une microstructure perlitique avec une faible fraction de ferrite (1 à 5%) dans la matrice et des traces de cémentite et qu’elle était conforme aux normes en vigueur pour les fontes EN-GJL-150. Enfin, dans une deuxième partie, nous avons réalisé des essais d’usure sur des échantillons moulés à partir de cette fonte en adoptant la méthodologie des plans d’expériences. Nous avons alors étudié les effets sur l’usure de trois facteurs, à savoir : la vitesse de rotation du tour, la surface de contact et la charge appliquée. Les résultats ont montré que la surface de contact était le facteur le plus significatif avec un effet valant 38 fois celui de la vitesse de rotation et 52 fois celui de la charge appliquée. Les résultats obtenus ont montré une assez bonne tenue à l’usure de nos échantillons