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Dans cet article, nous discuterons de: – 1. Signification du travail à froid 2. Effets du travail à froid 3. Limitation.
Signification du travail à froid:
Le métal est dit travaillé à froid s’il est traité mécaniquement en dessous de la température de recristallisation du métal. La plupart des processus de travail à froid sont effectués à température ambiante. Le travail à chaud entraîne généralement le raffinement de la structure des grains, tandis que le travail à froid ne fait que déformer les grains et réduit peu sa taille.
Comme la manipulation de matériaux chauffés et l’utilisation de fosses et de fours de trempage sont évitées lors du travail à froid, il en résulte une production plus rapide. Dans le travail à froid, la déformation des métaux est provoquée par le processus de glissement des plans. De plus, la force requise pour le travail à froid est supérieure à la force requise pour le travail à chaud des métaux, car lors du travail à froid, les métaux ne sont pas déformés de manière permanente jusqu’à ce que la limite élastique soit dépassée.
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Comme il n’y a pas de recristallisation des grains, la récupération des grains déformés n’a pas lieu et lors d’un travail à froid ultérieur, une résistance de plus en plus grande à l’action de déformation est ressentie. Il en résulte une résistance et une dureté accrues du métal, permettant ainsi l’utilisation d’acier au carbone ordinaire à la place d’aciers alliés coûteux. Cette méthode de durcissement est appelée écrouissage ou écrouissage.
Pour certains métaux qui ne répondent pas au traitement thermique, c’est la seule méthode disponible pour renforcer le matériau, alors que dans d’autres métaux, un travail supplémentaire n’est possible qu’après son recuit pour éliminer la dureté et les contraintes résiduelles car autrement une force énorme serait nécessaire pour travailler davantage le métal. Le forgeage à froid permet de réaliser des économies considérables sur les coûts des matériaux, car tout le matériau est utilisé dans le composant fini. Il n’y a pas de production de copeaux comme dans la découpe des métaux.
Le travail à froid produit une finition de surface améliorée, une surface sans tartre et brillante et des tolérances dimensionnelles plus étroites. Les procédés de travail à froid sont généralement utilisés dans la fabrication de produits finaux en raison de leur économie dans la production des formes souhaitées. Il est également utilisé pour produire des contraintes résiduelles sur certains métaux afin d’avoir une meilleure résistance à la fatigue, par example par grenaillage dans le cas de ressorts à lames.
Une grande partie de l’acier laminé à chaud est ensuite laminée à froid en bande ou en tôle à partir de laquelle une multitude de pièces pressées sont fabriquées. Le tartre de l’acier laminé à chaud est éliminé en l’immergeant dans de l’acide sulfurique dilué (décapage).
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La majeure partie (90-95%) du travail mécanique de déformation dans le formage des métaux est convertie en chaleur et il en résulte une élévation de température. La montée en température pourrait être de l’ordre de 75°C pour l’aluminium, de 280°C pour l’acier et de 570°C pour le titane. Il peut être déterminé en divisant le travail de déformation plastique par unité de volume par le produit de la densité et de la chaleur spécifique de la pièce à usiner, et l’équivalent mécanique de la chaleur (J).
Effets du travail à froid:
Les effets du travail à froid sur les métaux sont résumés ci-dessous:
(i) La structure des grains est déformée et la résistance au travail ne cesse d’augmenter en raison de la distorsion du réseau.
(ii) Des contraintes résiduelles sont mises en place dans le métal qui reste à moins qu’elles ne soient éliminées par un traitement thermique ultérieur. Lorsque le réchauffage est effectué en dessous de la température de cristallisation, les contraintes résiduelles sont éliminées sans modification notable des propriétés physiques de la structure du grain. Un chauffage supplémentaire dans la plage de recristallisation élimine l’effet du travail à froid et restaure le métal dans son état d’origine.
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( iii) Le travail à froid entraîne une perte de ductilité et une augmentation de la résistance et de la dureté du métal.
(iv) La finition de surface est améliorée et des tolérances étroites peuvent être maintenues.
(v) La température de recristallisation de l’acier est augmentée.
Limites du travail à froid:
(i) Seuls les composants de petite taille peuvent être facilement travaillés à froid car des forces plus importantes sont nécessaires pour les grandes sections. Les sections de plus de 25 mm de diamètre sont rarement roulées. En raison des forces de déformation importantes, des biens d’équipement lourds et coûteux sont nécessaires.
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( ii) La structure du grain n’est pas affinée et les contraintes résiduelles ont des effets néfastes sur certaines propriétés des métaux.
(iii) Bon nombre des métaux ayant une ductilité moindre, par exemple l’acier au carbone et certains aciers alliés ne peuvent pas être travaillés à froid à température ambiante. Elle est donc limitée aux métaux ductiles et la gamme de formes produites n’est pas aussi large que ce qui peut être obtenu par usinage.
(iv) Les coûts d’outillage sont élevés et, en tant que tel, il est utilisé lorsque de grandes quantités de composants similaires sont nécessaires.
Les métaux qui peuvent être travaillés convenablement à froid sous forme de feuilles ou d’autres formes sont donnés ci-dessous:
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( i) Acier doux à faible teneur en carbone.
(ii) Cuivre et ses alliages, y compris le laiton et le bronze.
(iii) Bronze d’aluminium ayant moins de 7% d’aluminium.
(iv) Cuivres en nickel.
(v) Métal Monel.
(vi) Acier inoxydable.
(vii) Duralumine et plusieurs autres alliages d’aluminium.
Effet du frottement:
(a) Le frottement augmente la charge de travail et nécessite donc plus de force et d’énergie pour la mise en forme et le formage du matériau.
(b) Il provoque une usure rapide des matrices, rouleaux et autres outils de travail.
(c) Il en résulte une modification du motif de déformation du métal car la force de frottement superposée à la force de déformation change la direction de la direction de contrainte principale qui est le facteur déterminant pour déterminer l’orientation des plans atomiques le long desquels se produit le glissement.
(d) Étant donné que la force de frottement ne se produit qu’en surface et non dans toute l’épaisseur du métal, elle introduit une inhomogénéité microscopique entraînant des micro-fissures en surface et des produits plus faibles ayant une résistance à la fatigue plus faible.
(e) Il en résulte une mauvaise finition de surface et une accumulation de bords.