Guide de mise en oeuvre pour les aciers de protection Mars®

Guide de m

ise en oeuvre pour les aciers de protection Mars

®

Guide de mise en oeuvrepour les aciers de protection Mars®

Industeel

Les informations présentées dans ce guide sont les plus récentes disponibles

au moment de l’impression. Cependant, elles peuvent être sujettes à quelques

variations, en fonction de l’évolution constante de notre programme de recherche

sur les aciers de protection.

Nous vous conseillons de prendre contact avec nous pour les vérifier avant de

passer commande. De plus, les conditions réelles rencontrées en service sont

spécifiques pour chaque application. Les informations ici présentées ne sont

qu’indicatives, et ne peuvent être considérées comme une garantie, à moins d’une

confirmation explicite sous forme de contrat de garantie rédigé par nos services

spécialisés.

Editeur: Industeel ArcelorMittal - 56 rue Clémenceau - 71200 LE CREUSOT

Rédacteurs: Yves ROYAL, Antoine PROUST, Jean-Pierre LAURENT, Frédéric

BOUCHAUD, Damien DELORME, Anne HIGELIN

Mise en page: Clarisse TOURNEAU

Impression: NECC - 26 place de Beaune - 71100 Chalon s/ Saone

Edition française 2018

© Industeel ArcelorMittal

Opérations mécaniques

Recommandations 22

A. Perçage 24

B. Fraisage 25

C. Sciage 25

D. Découpe par jet d’eau 26

Introduction

Sécurité 14

A. Généralités Mars® 190 14 Mars® 220 14 Mars® 240 15 Mars® 300 15 Mars® 300 Perforé 16 Mars® 600 16

B. Spécifications 17

C. Compositions chimiques 18

D. Propriétés mécaniques 20

Mise en forme

A. Formage à froid - Pliage Conseils et précautions pour le pliage à froid 34 Force de pliage 37 Retour élastique après pliage 38

B. Formage à chaud 39

Opérations thermiques

A. Procédé laser Découpage laser 28 Chanfreinage laser 29 Perçage laser 30

B. Oxycoupage 31

C. Découpage torche plasma 33

Soudage

A. Précautions générales et élémentaires de soudage Propriétés de l’assemblage 40 Accostage, montage 41 Température des tôles 41 Pointage 42 Réalisation des cordons 42 Séquences de soudage 43 Fatigue des assemblages 44 Parachèvement 45 Conditions de soudage 45

B. Produits d’apport Généralités sur les produits d’apport 46 Soudage à l’électrode enrobée 46 Soudage semi automatique sous protection gazeuse 48

C. Assemblage par procédé haute densité d’énergie Soudage par faisceau d’éléctrons 50 Soudage laser 51

Introduction

14 15

Sécurité

Généralités

Les aciers Mars® sont des aciers à blindage haute dureté (jusqu’à 655 HB dans le cas d’un Mars® 300) présentant le compromis optimal de résistance balistique et de propriétés de mise en œuvre pour leurs différentes applications,

Si une technique particulière - par ailleurs utilisée sur des aciers de construction plus classiques - devait être mise en œuvre, des tests probatoires devraient avoir donné satisfaction avant fabrication.

L4acier Mars® 190 (NF A36-800-1 CLA / MIL-DTL-12560 Class 1, 2 & 3) est conçu pour être utilisé en structure de tout type de véhicule (chars de combat, véhicules blindés de transport de troupe...), dans des constructions statiques (bâtiments, guérites, postes d’observation, ...) et comme cible pour l’évaluation de munitions.Le Mars® 190 est d’une grande polyvalence, combinant une

Généralités

mise en œuvre aisée jusque dans ses fortes épaisseurs, avec de bonnes propriétés balistiques face à toutes les munitions.

Le Mars® 220 (NF A36-800-1 THD 1 / MIL-DTL-12560 Class 4a) est un acier à blindage dédié aux structures de véhicules modernes pour la protection contre les mines et IED.L’acier Mars® 220 offre des caractéristiques mécaniques optimales de dureté (440HB), ténacité et ductilité pour la résistance contre les explosions et les fragments tout en conservant une excellente aptitude à la mise en œuvre, en particulier pour le pliage et le soudage, en vue de la réalisation de profils de véhicules spécifiques pour la protection anti-mines (exemple : châssis en vé).

Le Mars® 240 (NF A36-800-1 THD2 / MIL-DTL-46100) est un acier à blindage haute dureté (500HB) présentant le compromis optimal entre résistance balistique et aptitude à la mise en œuvre pour les applications suivantes :- structures de véhicules très légers à véhicules moyens- préblindages, surblindages, toutes épaisseurs pour des applications allant jusqu’aux chars lourds- boîtes, containers, shelters, réservoirs, cadres de portes,...

Le Mars® 300 (NF A36-800-1 THD 4 & THD 5 / MIL-DTL-32332 Class 1 & Class 2) est un acier à blindage d’ultra haute dureté (>600 HB) présentant des performances balistiques très élevées par rapport aux aciers à blindage de structure.

Les aciers à blindage Mars® doivent être utilisés avec précaution. L’énergie élastique emmagasinée lors de la mise en forme peut conduire à une rupture ou à un ripage. Il est essentiel de respecter une distance de sécurité et de ne pas se situer devant la tôle lors de sa mise en œuvre. En règle générale, pour mettre en œuvre l’acier à blindage MARS, il faudra tenir compte des caractéristiques mécaniques élevées de ce matériau.Il est impératif de porter des équipements de sécurité individuels adaptés, ainsi que d’équiper les machines de protections collectives.

Introduction

16 17

Spécifications

L’acier Mars® 300 peut être utilisé pour un large éventail d’applications :- protection individuelle- blindage léger pour hélicoptères- blindage amovible pour véhicules- surblindage- éléments de blindage lourd pour la protection des chars de combat contre les projectiles cinétiques et les charges creuses

Le Mars® 300 perforé (NF A36-800-1 THD5 / MIL-DTL-32332 Class 2) est un acier à blindage de très haute dureté (>600 HB) utilisé en tant que surblindage.Pour un même niveau de protection, l’acier Mars® 300 perforé est une solution de masse équivalente à celle des matériaux composites céramiques, avec une tenue aux multi-impacts très supérieure et une intégration beaucoup plus souple.

Le Mars® 600 (NF A36-800-1 THD4) est un nouvel acier à blindage de très haute dureté (600HB) présentant à la fois des performances balistiques très élevées et des possibilités d’intégration proches de celles des matériaux de structure.L’acier Mars® 600 est un produit innovant issu du centre de Recherches des Matériaux du Creusot, et riche de l’expérience de plus de 30 années d’Industeel sur les matériaux modernes en 600HB.Mars® 600 est un 600HB polyvalent, avec un comportement balistique impressionnant en termes de capacité de déformation, de tenue aux multi- impacts et une faculté de mise en œuvre (notamment pliage) très voisine de celle d’un

Spécifications

FranceNF A36-

800

AllemagneTL 2350

Roy UniDEF STAN

95-24

USAMIL-DTL

Mars® 190

CLAduretés G,

H, K, LClass 1 & 2

12560Cl 1 & 2 & 3

Mars® 220

THD 1 Quality O Cl 3A 12560Cl 4a

Mars® 240

THD 2 Quality Z Cl 3 46100

Mars® 300

THD4 & THD5

Quality T Cl 532 332

Cl 1 & Cl 2

Mars® 300 perforé

THD5 Quality T Cl 5 32 332 Cl 2

Mars® 600

THD4 Quality T Cl 5 32 332 Cl 1

acier de 500HB. Mars® 600 est le matériau du futur qui bouleversera les architectures en s’adaptant aux exigences de poids et d’intégration des concepteurs. Ses formidables propriétés laissent entrevoir des possibilités illimitées d’utilisation.

Introduction

18 19

Compositions chimiques

Compositions chimiques (% massique)

Nuance Ep (mm) C S P Si Mn Ni Cr Mo V

Mars® 190 0,30 0,005 0,012 0,4 1,2 1,8 1,5 0,6 0,1

Mars® 220 4 à 50 0,22 0,005 0,015 0,5 1,5 2 1 0,6 -

Mars® 220** >20 à 80 0,24 0,005 0,015 0,5 1,5 5 2 0,6 -

Mars® 240 0,30 0,002 0,010 0,5 1 1,8 1,6 0,6 -

Mars® 300 et perforé

3 à 25 0,55 0,002 0,010 1 0,7 2,4 0,4 0,5 -

Mars® 300 > 25 0,55 0,002 0,010 1 0,7 4,5 0,4 0,5 -

Mars® 600 3 à 25 0,50 0,002 0,010 1 1 2,4 0,5 0,5 -

Valeurs maximum** Version spéciale pour planchers de véhicules lourds

Introduction

20 21

Propriétés mécaniques

Propriétés mécaniques

NuanceEpaisseur

(mm)Etat de

livraisonGamme de dureté usuelle HB

Rp 0.2 (MPa) Rm (MPa)Allongement

5d (%)

KCV Sens Travers

-40°C (J/cm²)*

Mars® 190 e≥12 Garanties 352 - 388 ≥20

Mars® 190 12<e≤35 Garanties 331 - 375 ≥24

Mars® 190 35<e≤60 Garanties 302 - 341 ≥32

Mars® 190 60<e≤85 Garanties 262 - 331 ≥36

Mars® 190 85<e≤120 Garanties 248 - 285 ≥56

Mars® 190 120<e≤150 Garanties 241 - 277 ≥64

Mars® 220 4<e≤50 Garanties 420 - 470 ≥1100 ≥1250 ≥10 ≥27

Mars® 220Valeurs

typiques440 1150 1450 13 48

Mars® 220 50<e≤80 Garanties ≥400 ≥800 ≥1300 ≥10 ≥20

Mars® 240 Garanties 477 - 534 ≥1100 ≥1600 ≥9 ≥16

Mars® 240Valeurs

typiques495 1300 1700 12 28

Mars® 300 Garanties 578 - 655 ≥1300 ≥2000 ≥6 ≥8

Mars® 300Valeurs

typiques630 1600 2300 7 9

Mars® 300 perforé

Valeurs typiques

630 - - -

Mars® 600 Garanties 578 - 655 ≥1300 ≥2000 ≥7 ≥16

Mars® 600Valeurs

typiques601 1450 2150 10 23

*Eprouvette standard 10 x 10 mm. Les valeurs d’énergie garanties sont réduites proportionnellement à l’aire de la section transversale de l’éprouvette respectivement de 25 % et de 50 % pour des éprouvettes de largeur 7,5 mm et 5 mm.

Opérations mécaniques

22 23

Recommandations générales pour l’usinage par enlèvement de copeaux des Mars®

Recommandations

Les opérations classiques par procédés mécaniques (fraisage, perçage, sciage) peuvent être effectuées sur les aciers à blindage mais nécessitent, de par leur dureté élevée, l’emploi d’outils spéciaux, par exemple d’outils carbure. Il est possible d’effectuer les perçages par opérations thermiques, vous référer au chapitre « opérations thermiques ».

1 - Il est très important que les pièces soient bridées énergiquement pour éviter que des vibrations provoquent des éclats et des casses d’outils.

2 - Pour les mêmes raisons que précédemment, les machines-outils utilisées seront les plus rigides possibles.

3 - Le perçage se fera avec un forêt le plus court possible.

4 - La détérioration des forêts de perçage (en dehors de l’usure normale) est accélérée par les débouchures en fin de perçage (écaillage). Pour remédier à cela, on peut prévoir des canons de guidage, le perçage en « paquets » étant fortement déconseillé.

5 – De manière générale, nous conseillons l’utilisation d’outils carbures (tungstène par exemple). Il est possible d’utiliser des aciers rapides mais uniquement pour le Mars® 190.

6 – Des lubrifiants de type « huile soluble » sont conseillés pour les opérations. Il est possible d’utiliser des additifs sulfo-chlorés permettant l’amélioration de la lubrification. La pression de lubrification devra être d’au moins 10 bars afin d’être efficace.

7 – Il s’agira de réduire d’au moins de moitié les différents pa-ramètres (vitesses de coupe et d’avance, profondeur de passe pour le fraisage) par rapport à un acier classique de dureté moyenne (type XC38).

8 - Une attention particulière est à porter aux problèmes de condensation sur les tôles (lorsque la température de la tôle est inférieure à la température ambiante),

9 – Pour d’autres questions à ce sujet, nous contacter à contact.industeel@arcelormittal.com

Opérations mécaniques

24 25

A. Perçage

Exemples de conditions de perçage diamètre de 10 mm (profondeur : maximum 5 fois le diamètre du forêt).

Perçage

NuanceVitesse de coupe

Vc (m/min)Avance

f (mm/tr)

42CrMo4 (Rm=700 N/mm²)

75 0,24

Mars® 190 45 0,17

Mars® 220 45 0,16

Mars® 240 45 0,16

Mars® 300 33 0,10

Mars® 600 35 0,09

Foret carbure monobloc Seco Feedmax SD1103 :

NuanceVitesse de coupe

Vc (m/min)Avance f (mm/

tr)

42CrMo4 (Rm=700 N/mm²)

85 0.19

Mars® 190 45 0,14

Mars® 220 45 0,13

Mars® 240 45 0,13

Mars® 300 25 0,085

Mars® 600 30 0,088

Foret à couronne interchangeable Seco Crownloc SD103 :

Il est possible d’utiliser un outil à plaquettes indexables mais son utilisation sera conseillée pour les diamètres supérieurs à 15 mm dans le cas des aciers à très haute dureté de la gamme Mars®.

B. Fraisage

Exemple de conditions de fraisage (en finition) avec fraise de marque Walter, réf. F4033.B.050.Z06.06 Xtra.Tec. Plaquette réf. SNGX1205ANN-F57, nuance WSP 45 Tiger.tec

Mars® XC38 trempé

Vitesse de coupe (tr/mn) 200 500

Avance par tour (mm/mn) 180 310

Profondeur de passe (mm)

0,1 0,2

C. Sciage

De la même façon que pour le perçage et le fraisage, une lame revêtue carbure sera la meilleure solution. Il est primordial de réduire la vitesse de coupe d’au moins 50% par rapport à celle utilisée pour un acier classique type XC38 trempé.

Opérations mécaniques

26 27

D. Découpe par jet d’eau

Cette méthode est idéale pour produire de petites pièces à partir de tôles mais peut être utilisée pour des pièces de plus grandes dimensions.

L’intérêt principal de la découpe par jet d’eau réside dans l’absence de zone affectée thermiquement (ZAT) et donc par l’absence de modification de structure. Ce procédé permet de travailler des produits d’épaisseurs supérieures aux moyens de découpes thermiques, avec de meilleures tolérances mais une productivité moindre.

Découpe par jet d’eau

Opérations thermiques

28 29

Procédé laser

Les différents moyens de découpe et d’usinage par procédés thermiques sont très intéressants pour les aciers Mars®. En effet, la très haute dureté des aciers Mars® (spécifiquement Mars® 300 et 600), n’impacte pas la vitesse de coupe. Par contre, les procédés laser, oxycoupage et plasma créent une zone affectée thermiquement (ZAT) qui doit être prise en compte pour les futures étapes de mise en oeuvre du produit et pour son utilisation.

Par temps froid ou dans des ateliers insuffisamment chauffés, il est conseillé de dégourdir les tôles dont la température serait inférieure à 15°C.

Une attention particulière est à porter aux problèmes de condensation sur les tôles (lorsque la température de la tôle est inférieure à la température ambiante).

Une condensation importante peut amener l’introduction d’hydrogène dans la tôle lors de la découpe.En effet l’hydrogène piégé peut être nocif pour la structure de l’acier.

Surveiller les angles rentrants, les ouvertures en pleine tôles, et en général, tous les tracés favorables aux concentrations de contraintes.

A. Procédé laser

Ce procédé est très adapté à la découpe des aciers Mars®, particulièrement pour les aciers Mars® 300, 300 perforé et 600 qui présentent des duretés très élevées.

1. Découpage Laser

Le découpage par laser présente les avantages suivants:

- Précision dimensionnelle et régularité des coupes.- Zone affectée thermiquement beaucoup plus faible que celle résultant de la découpe plasma (zone totale ≤ 1 mm pour les épaisseurs ≤ 15 mm),- Peu de déformation due à la découpe du fait de l’échauffement très limité du métal dans le voisinage de la trace de coupe,- Peu ou pas de bavures nécessitant un ébavurage immédiat après coupe,

Pour tirer le meilleur parti du procédé, il faut :

- Eliminer tous les corps étrangers présents sur les surfaces à découper (eau, graisses, huiles, peintures, produits chlorés, etc). Une tôle grenaillée convient donc parfaitement,- Ajuster les paramètres de coupe (puissance, vitesse, diamètre du faisceau, gaz de protection, distance de focalisation, etc) en fonction des épaisseurs et des critères de qualité imposés (rugosité), ainsi que de la productivité et du type de laser.

- Peu de dépouille du chant découpé comparé à la découpe obtenue par le plasma ou oxycoupage qui provoque une dépouille d’environ 1,5 mm pour une épaisseur de 7 mm.Ces avantages font du découpage laser le meilleur moyen actuel de découpe thermique des aciers Mars® pour les épaisseurs minces.

Opérations thermiques

30 31

Procédé laser

Angle de dépouille visé (°)

EpaisseurEp. (mm)

15 30 45 60

3 3,1 3,5 4,2 6,0

5 5,2 5,8 7,1 10,0

7 7,2 8,1 9,9 14,0

8 8,3 9,2 11,3 16,0

10 10,4 11,5 14,1 20,0

13 13,5 15,0 18,4 26,0

15 15,5 17,3 21,2 30,0

Quelques valeurs d’épaisseurs de coupe en fonction de l’épaisseur de la tôle :

3. Perçage Laser

Le faisceau Laser peut être utilisé avantageusement pour le perçage des tôles en nuance Mars®.A titre d’exemple et pour des diamètres suffisants par rapport à l’épaisseur, on peut procéder de la manière suivante :

- Attaque du faisceau au centre du cercle à percer puis déplacement vers la périphérie et découpage du trou :

- Phase 1 : perçage, - Phase 2 : découpe d’un rayon, - Phase 3 : découpe d’un trou.

3

1 2

Cette technique est à affiner lorsque le diamètre du trou est inférieur à l’épaisseur de la tôle.

2. Chanfreinage Laser

Le chanfreinage se réduit en fait à une opération de découpage. L’épaisseur à prendre en compte pour le découpage de

l’épaisseur de la tôle est à multiplier par le terme αcos

1

: où α est l’angle de dépouille visé :

Epaisseur à couper =

A =

L’épaisseur limite sera donc fonction de l’épaisseur de la tôle et de la dépouille.

α

A Ep

Limitation du procédé :

- Epaisseur maxi perçable : environ 15 mm, suivant les capacités du matériel utilisé.- L’alésage post perçage laser n’est pas envisageable industriellement ; les zones affectées thermiquement créées par le perçage laser amènent des duretés trop importantes.

Opérations thermiques

32 33

C. Découpage plasmaLe découpage plasma est fortement déconseillé sous l’eau.

Le découpage plasma sec est un moyen de découpage si les gaz de coupe contiennent un minimum d’hydrogène. Cette méthode est actuellement employée pour les épaisseurs couramment utilisées. Ses avantages de vitesse, de moindre déformation et de ZAT moins large le font préférer à l’oxycoupage classique.

- Respecter la température de préchauffage , voir tableau p 33- Limiter la zone affectée au maximum (par réglage des paramètres de coupe) afin d’éviter des zones adoucies trop larges pouvant entraîner le rebut de certaines pièces,- Eviter les reprises de coupe,- Parachever sans délai les coupes (meulages, etc.),- Contrôler au moins visiuellement mais de préférence par ressuage l’absence de fissure sur les bords oxycoupés.

Découpage torche plasma

B. Oxycoupage

Les précautions habituelles de vitesse d’avance, de débit de gaz, de dimensions de buses, etc doivent être respectées.

Epais-seurEp.

(mm)

Vitesse de déplace-

ment (m/mn)

Consommation de gaz (l/h)

Largeur de la

saignée (mm)

Oxygène Acétylène

4 0,6 à 1 800 à 1200

200 à 300

2

5 0,6 à 0,9 800 à 1200 2

8 0,5 à 0,7 1000 à 1400 2

10 0,4 à 0,65 1000 à 1600 2,5

12 0,4 à 0,6 1200 à 1800 2,5

Valeurs de vitesse pouvant être employées pour oxycouper les aciers Mars®: (Ces valeurs varient bien sûr en fonction du matériel utilisé)

Les précautions à prendre pour le découpage plasma

Epaisseur de la tôle (mm)

12 15 20 50 75

Mars® 190

Mars® 220

Mars® 240

Mars® 300

Mars® 600

150°C

100°C - 200°C

100°C

100°C - 130°C

Tableau de préchauffage

Pas de préchauffage

Pas de préchauffage

Pas de préchauffage

Mise en forme

34 35

Sécurité

A. Formage à froid - Pliage

Formage à froid - Pliage

Compte tenu de la limite d’élasticité très élevée des aciers Mars®, les opérations de cintrage et de pliage doivent être effectuées avec précautions.Il est indispensable de prévoir une distance de sécurité et des équipements de sécurité individuels et collectifs adaptés.Ces opérations nécessitent par ailleurs des machines puissantes équipées d’outillages (rouleaux, mandrins, matrices, etc.) à caractéristiques mécaniques capables de supporter le niveau de dureté des tôles.

Exemple de pièce obtenue après pliage à froid.

Acier MARS 240 ép. 4.75 mm

1. Conseils et précautions pour le pliage à froid des aciers Mars®

- Orientation de l’axe de pliage :Dans la mesure du possible, le pliage sera orienté perpendiculairement au sens de laminage des tôles :

- Etat des rives :Les rives devront être exemptes d’amorces de rupture (affouillements ou bavures d’oxycoupage) et seront également meulées pour abattre les arêtes vives.

- Etat de surface des tôles :Les tôles ne devront pas comporter de marques dans la zone du pli (marques au fer par exemple) ou autres défauts de surface susceptibles de produire une amorce de rupture en cours d’opération.

- Température :Pour une température de tôle inférieure à 15°C, un dégourdissage précédera la mise en œuvre des tôles.

Mise en forme

36 37

R est le rayon minimal de mandrin// ou ┴ => Ligne de pli parallèle ou perpendiculaire au sens de laminageIndusteel peut livrer des pièces formées à la demandePour le croquage ou pliage multi-plis conctatez nous à contact.industeel@arcelormittal.com

Formage à froid - Pliage

- Etat de l’outillage :Maintenir l’outillage propre en éliminant la calamine déposée à chaque opération. Une bonne lubrification du vé et du poinçon facilite le glissement de la tôle et une bonne répartition des tensions. Pour les mêmes raisons, il est conseillé d’arrondir les arêtes du vé. La force de pliage et le retour élastique pourront ainsi être également légèrement réduits.

- Vitesse de pliage :Dans les cas limites, une faible vitesse de pliage permet d’effectuer l’opération avec une sécurité plus grande.

- Paramètres de pliage :Le rayon de pliage est le paramètre le plus influent sur le risque de fissuration.Il doit être le plus grand possible et ne doit pas être inférieur aux valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous.

Conditions de pliage minimales :

NuanceEpaisseur ep (mm)

R// ┴

Largeur de vé

Mars® 190 5ep

Rx2 + 3ep

Mars® 220

<8 5ep 4ep

8 à 16 6ep 5ep

>16 Contactez nous

Mars® 240

<8 8ep 5ep

8 à 16 9ep 7ep

>16 Contactez nous

Mars® 300 - Contactez nous

Mars® 600

<4 10ep 8ep

4 à 6 12ep 10ep

6 à 9 14ep 12ep

2. Force de pliage

La force de pliage dépend de quatre paramètres principaux :• L’épaisseur• La résistance mécanique• La longueur du pli• La largeur de vé

Elle peut être estimée par la formule suivante :

Avec :• F la force de pliage (N)• b la longueur de pli (mm)• Rm

la résistance maximale du matériau (MPa)• W la largeur de vé (mm)• ep l’épaisseur de la tôle (mm)• R le rayon de mandrin (mm)

L’absence de friction permettra également de réduire les efforts de pliage.

Contactez nous à contact.industeel@arcelormittal.com

Mise en forme

38 39

Formage à chaud

3. Retour élastique après pliage

Pendant l’opération de pliage, sous l’action du mandrin, la tôle est pliée à un angle de Ө0

.

Lorsque le mandrin se relève, le pli s’ouvre jusqu’à un angle Ө.

Le phénomène, dû au relâchement des contraintes élastiques, est appelé retour élastique.

Au moment de la conception de l’outillage, il sera donc nécessaire de tenir compte de ce phénomène.

Le retour élastique augmente lorsque la limite élastique du matériau augmente.Le rapport rayon de pliage sur épaisseur a également cet effet.

Le retour élastique est également très sensible au « jeu » entre la tôle et l’outillage, c’est-à-dire à l’espace entre la largeur de vé, la tôle et le mandrin.

La friction entre tôle et outils peut aggraver le phénomène.

Des valeurs de plusieurs dizaines de degré sont possibles pour les aciers les plus durs.

Des essais préliminaires sont indispensables pour évaluer précisément ce retour élastique.

θ0 matrice

θ

------------ -------------

-------------- --------------

---------------

B. Formage à chaud

Le formage à chaud des nuances Mars® est théoriquement possible.

Il faut néanmoins que les vitesses de refroidissement obtenues après formage soient compatibles avec la trempabilité de la nuance considérée.

Les températures de formage à chaud se situent généralement entre 900°C et 950°C en fonction de la nuance concernée. Après trempe dans l’outil, un traitement de revenu adapté avec refroidissement par air sera nécessaire → dans ce cas contacter nous à contact.industeel@arcelormittal.com afin de définir les conditions.

Lorsqu’un formage à chaud est prévu sur un acier Mars®, cela doit être précisé sur la commande, afin de pouvoir éventuellement adapter la nuance à l’épaisseur demandée et aux capacités de refroidissement des outils.

Soudage

40 41

1. Propreté de l’assemblage

A. Précautions générales et élémentaires de soudage :

2. Accostage, montage

L’état de propreté des tôles à assembler peut-être un facteur important pour éviter des défauts du type inclusions ou fissures.

Il est donc indispensable de :- Meuler les surfaces devant être en contact avec le bain defusion. En effet après une opération de découpe thermiqueou même à l’état de livraison, il subsiste une couche d’oxydesuperficielle. Le meulage mécanique est la méthode la plusefficace pour éliminer ces traces. Le brossage, le grenaillageet le sablage peuvent aussi convenir dans le cas de surfacepeu oxydée

Zone préparée Zone préparée 10 mm

La technique suivante est recommandée :- Nettoyer, dégraisser et sécher avec un solvant et un chiffonpropre les surfaces avant soudage.- Contrôler l’aspect des bords à souder, visuellement et sipossible par ressuage. Un affouillement de découpe thermiquepeut provoquer une amorce de rupture en soudage.

- Il est préférable de positionner et maintenir les tôles à l’aide de moyens mécaniques (ponts, cavaliers, clames, Chicago bridges…)- Eviter les angles de chanfreins trop aigus.

3. Température des tôles

A moins d’une recommandation particulière sur les conditions de soudage (p46, B, produits d’apport), le Mars® peut être soudé sans préchauffage si l’on utilise les produits d’apport recommandés.

Cependant, pour éliminer les risques de fissuration, il est impératif que la température des tôles soit au minimum de 15°C avant toute opération.

Une attention particulière est à porter aux problèmes de condensation sur les tôles (lorsque la température de la tôle est inférieure à la température ambiante).

4. Pointage

Le pointage doit être réalisé par un soudeur qualifié (NF A80 200-1) et avec autant d’égard que pour une opération de soudage normale.

- La longueur conseillée d’un point est d’au moins 50 mm.- Les paramètres de soudage utilisés pour le pointage doivent être réduits afin de limiter la dilution, ce qui diminue le risque de fissuration en métal fondu.- Tout point fissuré doit être meulé et recommencé.- Le procédé servant au pointage a une influence sur l’aspect du cordon. Le pointage MIG / MAG est préférable à l’électrode enrobé EE (risques de collages plus importants).

Précautions

- Eviter les jeux trop importants, générateurs de contraintes de retraits.- Positionner les soudures à une distance des plis au moins égale à 5 fois l’épaisseur de la tôle.

Soudage

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5. Réalisation des cordons

Le soudage doit être réalisé par un soudeur qualifié (NF A80-200-1).

1. AmorçageIl est recommandé, dans le cas de soudure débouchante, d’utiliser des appendices de départ et de fin de cordon. Ils permettent d’absorber les défauts d’amorçage d’arc et de cratères de fin. Ceux-ci sont ensuite éliminés par meulage.

2. Longueur d’arcUne longueur d’arc trop grande peut entrainer une détérioration de la protection gazeuse ou par laitier qui peut engendrer l’introduction d’hydrogène ambiant et augmenter le risque de fissuration à froid.

3. Reprise de souduresLorsque qu’une reprise est effectuée, il faut meuler la fin de la passe précédente avant de la refondre.

4. Forme des cordons et types d’assemblageLes défauts de forme peuvent engendrer des fissures en service. Pour les éviter, certaines règles doivent être respectées:

α R

R maxi

BON MAUVAIS

X

6. Séquences de soudageL’optimisation des séquences de soudage permet de réduire les contraintes résiduelles et donc le risque de fissuration et de déformation.

La création de contraintes résiduelles est due essentiellement au phénomène de retrait des pièces échauffées. En effet une opération de soudage va engendrer un chauffage localisé générant des différences de dilatation et de transformations métallurgiques.

En laissant la possibilité à l’assemblage de se déformer (donc en diminuant le niveau de bridage) on diminue les contraintes résiduelles.

Exemple de séquence :

Précautions

De même, lors de la conception des assemblages, lorsque cela est possible, les doubles cordons seront préférés aux simples cordons :

X

Cas particulier : pour les fins de cordons, des fissures de cratères peuvent survenir. Il peut alors être nécessaire de modifier les paramètres d’évanouissement d’arc pour alimenter le cratère de fin de cordon (ici la forme convexe est favorable).

Soudage

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7. Fatigue des assemblages

Quelques règles simples de conception ou de parachèvements permettent d’améliorer la résistance à la fatigue des assemblages soudés.

9. Parachèvement

- L’arasage des cordons par meulage permet d’améliorer la résistance à la fatigue et de supprimer les effets d’entaille.- Le martelage après soudage est possible à condition qu’il soit très bien maitrisé afin d’éviter la création de micro-fissuration.- Le décapage des soudures peut se faire par pistolet à aiguille, brossage, grenaillage ou sablage.- Le redressage par chaude de retrait ou martelage est à proscrire.

Précautions

Recommandé A éviter

8. Manutention des tôles et pièces avant soudage

Les aciers Mars® ne doivent pas être manutentionnés avec des aimants ou des éléctro-aimants. Ces équipements génèrent une aimantation rémanente importante pouvant occasionner des soufflages d’arc.

Soudage

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1. Généralités sur les produits d’apport

B. Produits d’apport

Le soudage des aciers à blindage nécessite l’utilisation de produits d’apport :- austénitiques ou austéno-ferritiques- ferritiquesLes produits proposés dans ce guide sont à titre d’exemple et conviennent pour la mise en œuvre des aciers à blindage Mars®. Cependant, selon la configuration de l’assemblage et le taux de dilution, la sensibilité à la fissuration à chaud peut être accrue.D’autres produits d’apport austénitiques ou austéno- ferritiques par exemple enrichis en manganèse et molybdènepeuvent alors être plus appropriés. Pour plus d’informations, nous contacter à contact.industeel@arcelormittal.com

Pour les épaisseurs les plus importantes ou les niveaux de contraintes élevés un préchauffage est recommandé :

2. Soudage à l’électrode enrobée

Assemblage à l’électrode enrobée, réalisé au Centre de Recherche Industeel, nuance Mars® 240

- Les électrodes doivent être à enrobage basique- Les électrodes doivent être préalablement étuvées et conservées à haute température + Etuvage: 350°C pendant 2h + Conservation: 150°C- Certaines électrodes sont emballées sous vide et ne nécessitent pas d’étuvage. Elles doivent cependant être consommées dans les 8h suivant l’ouverture du paquet.

Produits d’apport

NuancesEpais-seur

(mm)

Temp. max (°C)

Epaisseur de tôles (mm)

3 15 25 40 75 80 150

Mars® 1904-150

150-500150

Mars® 2203-80

180

Mars® 240 2.5-150 150

Mars® 300 3-15 150

Mars® 600 3-75 150

F 125

A 100

F 125

A 15 A 100

F 150

A 15 A 100

A 15 A 100

A 100

A 15

Non applicableFerritique F (ER70), 125°CFerritique F (ER70), 150°CAustenitique A (307), 15°C, <150°CAustenitique A (307), 100°C, <150°C

Faibles contraintes Fortes contraintes

Soudage

48 49

- Dans le cas du soudage MIG (Metal Inert Gas), il n’est possible d’utiliser que des fils.

- On peut souder en MIG (Metal Inert Gas) avec des jeux de chanfreins plus importants. Un balayage de la torche est alors nécessaire, en limitant les énergies introduites.

- L’emploi de fils à fort silicium (0,7%) favorise la mouillabilité et procure une bonne maniabilité lors du soudage.

3. Soudage semi automatique sous protection gazeuse

Parmi les différentes électrodes qui peuvent être utilisées, on peut citer:

SMAW Austenitique SMAW Ferritique

EN ISO 3581-A : E 18 8 Mn or E 20 10 3AWS A5.4 : E307-15 or

16 or E308Mo-17

EN ISO 2560-A : E4x 5 Bxx H5

AWS A5.18 E70xx H4

ESAB OK 67.45 ou OK 67.43 OK 55.00, FILARC 56S

LINCOLN Jungo 307 Basic 7018

OERLIKONSUPRANOX RS 307, SAFDRY B BLINDAGE

SUPERCITO

SELECTRAC307B, 307R, INOX

308MoB56S

vaBW

BOHLER FOX A 7-4, THERMANIT X, THERMANIT XW Or

BOHLER FOX CN 19/9 MTHERMANIT 20/10 W

FOX EV 50, PHOENIX 120 K

Parmi les différentes électrodes qui peuvent être utilisées, on peut citer:

SMAW Austenitique avec gaz M12

SMAW Ferritique avec gaz M21

EN ISO 14343-AEN ISO 17633-A

T-G 18 8 Mn or G 20 10 3 AWS A5.9 ER307 or

ER308Mo

EN ISO 2560-A : E4x 5 Bxx H5

AWS A5.18 E70xx H4

CASTOLIN EGAP 5216 -

ESABOK Autrod 16.95OK Tubrod 15.34

OK Autrod 12.51

LINCOLN LNM 307 SUPRAMIG

OERLIKON FILINOX 307 CARBOFIL

SELECTRAC 18/8 Mn F57

vaBW

THERMANIT XAVESTA 307-Si Or

BOHLER CN 19/9 M-IGTHERMANIT 20/10

UNION K 52, BOHLER SG 2

Note: Les propriétés des fils à structure austénitique sont différentes de celles des aciers Mars®. Les constructeurs de véhicules blindés doivent tenir compte de ces différences et prévoir des joints à recouvrement plutôt que bout à bout.

Soudage

50 51

Assemblage en T (MIG): essais réalisés au Centre de Recherche Industeel, Mars® 600 épaisseur 8,4 mm

1. Soudage par faisceau d’électrons (F.E)

C. Assemblage par procédé haute densité d’energie

Le soudage par procédé F.E. des nuances Mars® en faible épaisseur est applicable industriellement :

- La qualité des soudures obtenues (bonne compacité, absence de fissures) est tout à fait satisfaisante.

- La résistance mécanique de la soudure est comparable à celle du matériau de base (soudure sans métal d’apport), par contre sa ténacité est moins élevée que celle d’un joint réalisé avec un métal d’apport austénitique ou austéno-ferritique (cas des soudages MIG et électrode enrobée.)

En réalité, le soudage par F.E. est encore peu répandu pour la réalisation de grands ensembles mécano-soudés (ex : caisses de véhicules blindés).

A cela une raison majeure : ce procédé demande un investissement conséquent dû en grande partie à la nécessité de souder sous vide (→ chambre à vide de grande capacité, groupe de pompage, etc).

2. Soudage laser

Le soudage par faisceau laser des aciers Mars® d’épaisseur faible (ép. < 10/12 mm) est possible.

Les caractéristiques des joints soudés s’apparentent à celles des joints réalisés par faisceau d’électrons.

Le principal avantage du faisceau laser par rapport au faisceau d’électrons est qu’il n’a pas besoin du vide pour être réalisé. Le soudage se faisant sous gaz protecteur (idem MIG) et sans métal d’apport, les risques d’introduction d’hydrogène lors du soudage sont limités, donc le risque de fissuration aussi.

Il est possible d’utiliser le procédé de soudage hybride laser / MAG avec gaz : Azote, Argon, Helium.

Pour tout autre renseignement, nous contacter à contact.industeel@arcelormittal.com

Pièce obtenue par soudage laser. Acier Mars® 240

Notes : Notes :

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