Guide complet sur la métallurgie et le travail des métaux

1. Facteurs de rentabilité de l'extraction minière

Les facteurs déterminants sont :

• Situation : Profondeur, nature du terrain, facilité de transport, etc.
• Méthode d'extraction : Carrière, exploitation minière souterraine, etc.
• Qualité du minerai : Teneur en métal (40-50%) et absence de soufre.
• Facteurs socio-économiques : Demande et offre réelles.

2. Rôle du calcaire et du coke dans la fonte

Le coke fournit la chaleur nécessaire aux réactions de réduction et à la fusion. Le calcaire (ou dolomie) abaisse le point de fusion du laitier, le rend fluide et réagit avec la gangue pour éliminer les impuretés.

3. Processus du haut fourneau

Le processus se déroule en quatre étapes :

• Première étape : Vérification des portes, ouverture des entrées de fonte et de scories, et activation des buses d'air.
• Deuxième étape : Chargement et allumage du combustible au fond.
• Troisième étape : Chargement progressif du coke jusqu'à atteindre la zone de fusion.
• Quatrième étape : Chargement alterné des composants (calcaire/coke) pour un fonctionnement continu.

4. Procédés de production d'acier

• Convertisseur à oxygène (LD) : Utilise un revêtement réfractaire basique pour produire 300 tonnes d'acier de haute qualité par lot.
• Convertisseurs (Bessemer et Thomas) : Utilisation d'un mélange oxygène/azote. La méthode Thomas utilise de la dolomite pour éliminer le phosphore et le soufre.
• Four Martin-Siemens : Mélange de fonte et de ferraille avec ajout de calcaire comme fondant.
• Four électrique : Utilise des électrodes en graphite pour créer des arcs électriques puissants, permettant un contrôle précis des alliages (Ni, Cr, Mo).

5. Classification des fontes selon le carbone

La fonte contient entre 2 et 5 % de carbone. Elle est classée comme suit :

• Fonte blanche : Issue de la première fusion, très dure et cassante.
• Fonte grise : Issue de la seconde fusion (cubilot), contient du graphite, facile à usiner.
• Fonte malléable : Fonte blanche traitée pour réduire la fragilité.
• Fonte ductile : Contient du magnésium pour une structure nodulaire, offrant une meilleure résistance mécanique.

6. Processus de moulage et fonderie

Le moulage consiste à couler du métal en fusion dans des moules. Les étapes clés sont :

• Fusion : Réalisée dans des fours ou convertisseurs.
• Préparation du modèle : Conception de la forme finale.
• Préparation des moules : Création de l'empreinte avec entrées et évents.
• Coulée : Directe, par siphon, latérale ou coulée continue (recommandée pour limiter les déchets).
• Finition : Ébavurage et traitement thermique.

7. Techniques de déformation

• Forgeage : Déformation plastique à chaud ou à froid.
• Laminage : Compression du métal par rouleaux.
• Estampage : Forgeage mécanique répétitif.
• Frappe à froid : Pliage, poinçonnage ou emboutissage de tôles.

8. Enlèvement de copeaux

Utilisation de machines-outils (tour, fraiseuse, perceuse, rectifieuse) pour obtenir une précision dimensionnelle élevée.

9. Traitements thermiques et thermochimiques

• Trempe : Chauffage (900°C) suivi d'un refroidissement rapide pour augmenter la dureté.
• Revenu : Chauffage modéré (700°C) pour réduire la fragilité après trempe.
• Recuit : Chauffage (1100°C) et refroidissement lent pour assouplir le métal.
• Cémentation : Enrichissement de la surface en carbone pour une dureté accrue.