Influence de la vitesse de refroidissement sur la microstructure et la trempabilité des boulets de broyage

¹ Laboratoire de Mécanique, Matériaux et Energétique (L2ME), Département de Génie Mécanique, Faculté de Technologie, Université A. MIRA – Bejaia, 06000 Bejaia, Algérie
e-mail: hsadeddine@yahoo.fr
² Laboratoire de Recherche des Technologies Industrielles, Faculté des Sciences et de Technologie, Université Ibn Khaldoun – Tiaret, B.P. 78, 14000 Tiaret, Algérie
³ Laboratoire Procédés pour Matériaux, Energie, Eau et Environnement LPM3E, Faculté des Sciences et de la Technologie, Université Akli Mohand Oulhadj, 10000 Bouira, Algérie

Reçu : 23 Juillet 2013
Accepté : 15 Avril 2014

Résumé

Les boulets de broyage ou de concassage sont des éléments de broyeurs utilisés dans les cimenteries; ils exigent une résistance à l’usure élevée sous l’action de produits abrasifs lors de la transformation de la roche en fines particules de taille inférieure au millimètre. Les traitements thermiques constituent une étape essentielle pour l’élaboration du boulet. Ils permettent d’obtenir des duretés et une résistance à l’usure convenables. Les analyses structurales et microstructurales par diffraction X et microscopie électronique à balayage permettent de comprendre leurs corrélations. Dans cet objectif, nous avons étudié l’influence de quelques facteurs déterminants dans ces traitements. Les facteurs considérés dans le présent travail sont : la température d’austénitisation (950 °C et 1050 °C), la sévérité du milieu de trempe (refroidissement à l’air ventilé et à l’huile) et le diamètre des boulets (boulets de diamètre 50 et 70 mm). Les résultats obtenus ont révélé la présence de carbures de type Cr₇C₃ répartis dans une matrice martensitique ou ferritique et que le taux de l’austénite présent dans les boulets trempés à l’air ventilé est inférieur à celui des boulets trempés à l’huile. La température d’austénitisation et la taille des boulets influent sur la trempabilité. En effet, l’écart de dureté entre la surface et le cœur des boulets de diamètre 50 et 70 mm chauffés à 1050 °C, refroidis à l’air ventilé et à l’huile, est plus important que celui des boulets correspondants chauffés à 950 °C. Une augmentation de la taille des boulets conduit à la diminution de la trempabilité notamment les boulets de diamètre 70 mm chauffés à 1050 °C.

Abstract

Grinding balls or crushing mills are elements used in cement industry. They require a high wear resistance under the action of abrasive products in the transformation of rock into fine particles smaller than a millimeter. Heat treatments are an essential step for the elaboration of the balls. They allow to obtaining high hardness and wear resistance. The structural and microstructural analysis by X-ray diffraction and scanning electron microscopy permit to understanding their correlations. For this purpose, we studied the influence of certain factors in these treatments. The factors considered in this work are: the austenitizing temperature (950 °C and 1050 °C), the severity of quenching medium (air cooling ventilation and oil) and the diameter of the ball (ball diameter 50 and 70 mm). The results revealed the presence of carbides type Cr₇C₃ distributed in a martensitic or ferritic matrix and the rate of austenite present in the balls cooled in the ventilated air is lower than balls cooled in oil. The austenitizing temperature and size of the ball affect the hardenability. Indeed, the difference in hardness between the surface and the heart balls of diameter 50 and 70 mm heated to 1050 °C, cooled in ventilated air and oil, is more important than that of the corresponding balls heated to 950 °C. The increasing of the size of the balls leads to decrease the hardenability of the balls of diameter 70 mm heated to 1050 °C.