Épreuve E4 - BTS Traitement des matériaux - Sous-épreuve U41 Options A et B - juin 2024

Contenu du sujet

Le sujet s’intéresse à une entreprise qui fabrique des pignons en acier fritté.

Il comporte 3 exercices indépendants.

Exercice n°1 : Fabrication de pignons en acier fritté

Les composants en acier fritté ont pris une place grandissante dans les applications automobiles.

Avec une influence directe sur les propriétés mécaniques, la densité est une caractéristique essentielle de ces matériaux.

« Plus communément appelé « frittage », la technologie de la métallurgie des poudres a vu le jour au XIXe siècle aux États-Unis.

Les principaux avantages sont :

• une grande précision ;
• une adaptabilité aux cadences en grande série ;
• peu de perte de matière ;
• peu ou pas d’opération de reprise ;
• un état physique « poreux » qui favorise l’accroche des huiles lubrifiantes.

A contrario :

• le design des pièces impose le respect de règles touchant la nécessité de dépouilles et l’impossibilité de trous « directs » dans le sens radial ;
• les évolutions de formes nécessitent des modifications d’outillage (matrice /poinçon) qui engendrent des coûts importants ;
• une dispersion des propriétés mécaniques due à l’hétérogénéité du taux de porosité est observée. »

Le frittage entraîne l’apparition de porosités dans le matériau : les pignons produits par l’entreprise seront donc naturellement poreux.

Exercice n°2 : Contrôle du taux de porosité et refroidissement à eau du four

Partie A : Contrôle du taux de porosité

Le contrôle du taux de porosité des pignons s’effectue par détermination précise de la densité fondée sur la mesure de la poussée d’Archimède.

Cette méthode, qui permet de réduire le temps d’expertise, est complémentaire de l’examen micrographique avec relevé du taux de porosité par analyse d’image.

La relation exacte entre densité et porosité est complexe mais le taux de porosité sera conforme si la densité de la pièce est comprise entre 6,1 et 6,6.

Partie B : Dimensionnement du système de refroidissement à eau

Afin de fabriquer un acier fritté au carbone, il est nécessaire de pouvoir chauffer par induction la pièce.

Lors de cette phase, les bobines inductrices chauffent elles aussi et un technicien est chargé de dimensionner la pompe du système de refroidissement à eau, c’est-à-dire de déterminer la puissance utile de la pompe.

Le diamètre de la tuyauterie est imposé : D = 25 mm.

Afin de refroidir les bobines, un débit de 39 litres d’eau par minute est nécessaire.

Exercice n°3 : Nickelage des pignons

Un dépôt de nickel est réalisé sur les pignons fabriqués. Le procédé choisi est un nickelage chimique.

Ce procédé consiste à immerger la pièce à traiter dans un bain contenant des sels de nickel et un réducteur. Les ions nickel vont se réduire en nickel métal et se déposer sur le substrat. L’agent réducteur est de l’hypophosphite produisant un alliage nickel/phosphore. La caractéristique la plus remarquable est celle de la régularité des épaisseurs.

Le dépôt est en effet capable de recouvrir de manière régulière des pièces de géométries complexes comportant des arrêtes, angles et alésages profonds. Le nickel chimique Ni/P présente également une dureté importante en particulier après un traitement thermique entraînant la précipitation Ni3P.