SWISS STEEL, filiale du groupe SCHMOLZ + BICKENBACH, finance des travaux de thèse menés au Centre de Recherches d’UGITECH, en collaboration avec le laboratoire SIMaP de Grenoble. Le but de ce programme est de trouver des alternatives au plomb (Pb) dans les aciers bas carbone de décolletage. Les objectifs sont de conserver le niveau d’usinabilité des aciers de décolletage au plomb, sans leurs défauts (toxicité, recyclage des aciers au plomb). La production d’acier au plomb est stratégique pour SWISS STEEL, puisqu’elle représente environ 30% de son activité. Parmi les différentes alternatives signalées dans la littérature, l’addition d’étain, et la graphitisation des aciers, sont les concepts les plus intéressants. En effet, il est suggéré que l’étain présente un comportement similaire à celui du plomb lors de l’usinage. Par ailleurs, Le graphite est connu pour être un lubrifiant utilisé dans des applications industrielles, ce qui peut améliorer l’usinabilité. Une caractérisation complète d’aciers industriels au plomb, et sans plomb, en provenance de SWISS STEEL (11SMn30 et 11SMnPb30), a été menée : analyse chimique, observations métallographiques et microscopiques (MEB), propriétés mécaniques, etc. Ensuite, nous avons essayé de comprendre les mécanismes par lesquels le plomb améliore l’usinabilité des aciers de décolletage aux basses vitesses de coupes (Vc < 100 m/min), grâce à des essais d’usinage spécifiques. Des calculs thermodynamiques ont été menés sur le procédé de graphitisation, et des analyses d’aciers ont été déterminées. Ce qui nous a conduits à élaborer des aciers à l’étain et des aciers graphitiques à l’échelle du laboratoire. La caractérisation de ces coulées de laboratoire, avec la même procédure que celle utilisée par les aciers industriels, a permis de vérifier la fiabilité de ces concepts, et leur bienfaits sur l’usinabilité. Des résultats encourageants ont été enregistrés. Pour une étude plus approfondie, il a été proposé de produire, à l’échelle industrielle, une analyse d’acier particulière, susceptible de remplacer le plomb dans les aciers de décolletage au plomb. / SWISS STEEL, a steel company part of SCHMOLZ + BICKENBACH group, has supported a PhD program, lead in UGITECH’s Research Center, in collaboration with the SIMaP laboratory of Grenoble. The aim of this program is to find some alternatives to lead (Pb) in low carbon free-cutting steels. The objectives are to keep the machinability level of leaded free-cutting grades without their drawbacks (toxicity, recycling of Pb steels). The production of leaded free-cutting steels is strategic for SWISS STEEL, since it represents about 30% of its activity. Among the different alternatives pointed out by the bibliography, tin addition, and graphitisation of steels, were the most interesting concepts. Indeed, it is suggested that tin presents a similar behaviour to that of lead during machining. Moreover, graphite is a well known lubricant in industrial applications, which could improve machinability. A complete characterisation on leaded, and non-leaded, grades form SWISS STEEL has been carried out (11SMn30 and 11SMnPb30): chemical analysis, metallographic and SEM observations, mechanical properties, etc. Then we tried to understand, thanks to specific machining tests, the mechanisms by which lead improves the machinability of free-cutting steel, at low cutting speed (Vc < 100 m/min). Thermodynamic calculations have been performed to study the graphitisation process, and conducted to the determination of steels analyses. This lead us to develop tin-added-, and graphitic steels at the laboratory scale. The characterisation of these laboratory grades, with the same procedure, than that of industrial steels, allowed to check the reliability of these concepts, and their benefits on machinability. Promising results have been recorded. For deeper exploration, it has been proposed to produce, at the industrial scale, a particular steel analysis, which could replace leaded free-cutting steels.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Bien que la métallurgie des poudres (MP) soit connue comme un méthode de fabrication aux cotes presque finales, un volume ignificatif de pièces MP nécessitent que l’on ait recours à une opération d’usinage. Les opérations d'usinage secondaires sont habituellement requises pour la conformité dimensionnelle ou la production de caractéristiques géométriques compliquées qui ne peuvent pas être obtenues par le procédé de pressage. Cependant, en raison de la présence de porosité, l'usinabilité des pièces en aciers MP est difficile en comparasion aux aciers corroyés et peut ajouter 20% ou plus au coût total de fabrication de ces pièces. Parmi les diverses mesures connues pour améliorer l'usinabilité des aciers MP, l'utilisation d'additifs d'usinage, soit pré-mélangés, soit préalliés, est de loint la méthode la plus utilisée. Il existe des dizaines d'éléments et de composés différents qui peuvent améliorer l'usinabilité à différents niveaux. Néanmoins, leurs effets négatifs sur d'autres propriétés des aciers MP tels que les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion rendent leur utilisation peu intéressante. Dans cette étude, des particules de graphite libre sont présentées comme un nouvel additif qui non seulement améliore significativement l'usinabilité des aciers MP, mais le fait sans affecter de façon notable les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion. Il a été démontré qu'il est possible d'obtenir des particules de graphite libres dans un acier MP par enrobage de celles-ci. Cet enrobage permet d’empêcher le graphite de diffuser dans la matrice de fer pendant le frittage. Dans cette étude, des particules de graphite enrobées de nickel ont été recouvertes de cuivre par le procédé de cémentation. Un traitement thermique a ensuite été réalisé sur ce nouveau matériau afin d’obtenir un revêtement plus uniforme. Les résultats des essais de caractérisation mécanique sur des échantillons frittés (FC-0208) contenant des particules prémélangées de graphite enrobées de cuivre / nickel, soit traitées thermiquement ou non, montrent que ce nouvel additif ne détériore pas les propriétés mécaniques statiques et dynamiques des aciers MP. De plus, la résistance à la corrosion des échantillons contenant cet additif se révèle être la même que celle des échantillons sans additif. Les effets de l’additif non traité thermiquement et traité thermiquement sur l'usinabilité des aciers MP ont également été caractérisés en utilisant un opration de perçage. Les résultats obtenus montrent que ce nouvel additif peut améliorer significativement l'usinabilité en réduisant la force de coupe requise. / Although powder metallurgy (PM) is known as a near-net-shape fabrication method, noticeable amount of PM parts need some sort of machining. Secondary machining operations are usually required for dimensional conformance or producing complicated geometrical features that cannot be achieved at the compaction stage. However, due the presence of porosity, machinability of PM steels is difficult compared to wrought steels and can add 20% or more to the overall fabrication cost of PM parts. Thus, improving machinability of PM steels can definitely reduce their production costs. Among the various measures known to improve machinability of PM steels, addition of machining aids, either as admixed or pre-alloyed, is the most popular one. There are tens of different elements and compounds that can improve machinability at different levels. Nevertheless, their negative effects on other properties of PM steel components, such as mechanical properties and corrosion resistance, make their utilization somewhat limited. In this study, free graphite particles are introduced as a new additive that not only significantly improve machinability of PM steels, but also does not affect the mechanical and corrosion properties. It was found that it is possible to have free graphite particles in a PM steel, sintered using conventional sintering conditions, by coating the graphite particles. This coating can prevent graphite from diffusing into the iron matrix during sintering. In this research, nickel coated graphite particles were coated with copper through cementation process. A heat treatment was then performed on this newly developed material to have a more uniform single layer coating. The results of mechanical characterization tests on the copper steel sintered samples containing admixed copper/nickel coated graphite particles, either in the form of non-heat-treated or heat-treated, showed that this new additive does not deteriorate static and dynamic mechanical properties of PM steels. Moreover, the corrosion resistance of the samples containing copper/nickel coated graphite was found to be the same as samples without additive. The effects of non-heat-treated and heat-treated copper/nickel coated graphite on machinability of PM steels were also characterized using drilling test. It was seen that this new additive can significantly improve machinability through reducing the required cutting force.

La métallurgie des poudres (MP) est un procédé permettant de produire des pièces aux cotes quasiment finales. Cependant, l'importante proportion de porosité présente dans les pièces conçues par MP diminue significativement leur l'usinabilité comparativement aux pièces coulées ou corroyées. Heureusement, le pré-alliage des aciers au sulfure de manganèse (MnS) s'est avéré un bon moyen d'augmenter l'usinabilité des pièces conçues par MP. Dans le présent projet, l'effet sur l'usinabilité de nouvelles particules de secondes phases pré-alliées a été étudié. Les résultats démontrent que pour un mélange FC-0208, la vie utile de l'outil de coupe peut être améliorée de 55% et les forces de coupes tangentielles diminuées de 10% lorsqu'elles sont comparées avec un alliage hautement usinable pré-allié au MnS (MP37 HD) de la compagnie DOMFER Poudres Métalliques. De plus, ces améliorations ont causées qu'une légère diminution la dureté apparente et la résistance mécanique des pièces

L'Usinage Assisté Laser (UAL) est un procédé d'usinage qui consiste à chauffer la pièce à l'aide d'un faisceau laser en amont de l'outil de coupe. La pièce ainsi chauffée voit ses caractéristiques mécaniques chuter, ce qui augmente son usinabilité. Les travaux réalisés ont porté sur l'influence de l'assistance laser sur l'usinabilité et l'intégrité de surface, de plusieurs matériaux: l'acier 42CrMo4, l'acier 100Cr6 traité (57 HRc) et l'alliage de titane Ti6Al4V. La mesure de l'effort de coupe a permis de quantifier l'amélioration de l'usinabilité des matériaux en fonction de la puissance du faisceau d'assistance et des paramètres de coupe. Dans certaines configurations, l'effort de coupe diminue jusqu'à 50 % sur le 100Cr6 et jusqu'à 40 % sur le Ti6Al4V. L'état de surface est peu sensible à la puissance laser. En revanche, les contraintes résiduelles tendent vers la traction avec l'augmentation de la température de surface. Cette modification des contraintes résiduelles provoque, par exemple, une diminution de la limite de fatigue en traction-compression (-30 MPa) des pièces en Ti6Al4V. Parallèlement, la limite de fatigue évolue avec les traitements thermiques de la surface effectués par le laser pendant l'UAL. Sur l'alliage de titane, le traitement thermique laser crée une microstructure aiguillée qui est catastrophique pour la tenue en fatigue. En revanche, sur l'acier 100Cr6, une couche martensitique (en forte compression) est créée en surface ce qui augmente la limite de fatigue d'environ 70 MPa. Des simulations numériques de l'UAL et de l'usinage conventionnel ont été réalisées pour comprendre le rôle du chauffage laser sur la formation du copeau. Les résultats numériques montrent une diminution de l'effort de coupe avec la puissance laser en accord avec les essais expérimentaux. De plus, ils permettent d'optimiser les paramètres de coupe et de connaître les sollicitations mécaniques et thermiques sur l'outil.

Afin de demeurer compétitive, la métallurgie des poudres (MP) se doit de pouvoir répondre de façon efficace à des défis des plus exigeants en termes de propriétés mécaniques statiques et surtout dynamiques. Qui plus est, le problème récurrent de l’usinabilité médiocre des pièces MP ne peut être ignoré. C’est dans ce contexte que se situe l’étude résumée ci-dessous. Le but étant d’optimiser la composition chimique de poudres de fer afin d’obtenir des particules de deuxième phase qui permettent de maximiser l’usinabilité tout en minimisant leur effet néfaste sur la résistance à la fatigue. L’approche est basée sur le préalliage de particules de sulfure de type (Fe, Mn)S. Une attention particulière a été portée à l’ajustement de la concentration en manganèse de façon à minimiser sa concentration en solution solide dans la matrice de fer afin d’affecter le moins possible la compressibilité de la poudre. En plus des sulfures, la poudre de base a été également préalliée avec 0,11 %-pds. d’étain. Ainsi, lors du frittage de pièces fabriquées à partir d’un mélange de type FC-0208 préparé à partir de poudres expérimentales dans cette recherche, l’étain s’est combiné au cuivre pour former des particules de bronze qui précipitent sur les particules de sulfure préalliées. Les résultats ont montré que le nouvel alliage présente une compressibilité supérieure à celle de l’ATOMET 29M fabriquée par RioTinto Poudres Métallique et qui est reconnue comme l’une des poudres de fer commerciales présentant la meilleure usinabilité par l’utilisation de particules de nitrure de bore hexagonal. De même, les propriétés statiques mesurées sont également supérieures à celles de la poudre de référence. La caractérisation de la résistance à la fatigue et l’usinabilité des mélanges frittés expérimentaux développés dans cette étude montrent également des propriétés supérieures comparées au mélange de référence de FC-0208. / In order to remain competitive, powder metallurgy (PM) must be able to respond effectively to the most challenging problems of the static and particularly dynamic mechanical properties. Moreover, the recurring problem of poor machinability of PM parts cannot be ignored. It is in this context that the below summarized study is. The goal is to optimize the chemical composition of iron powder in order to obtain second phase particles that maximize machinability while minimizing their negative effect on fatigue resistance. The approach is based on the prealloyed sulfide (Fe, Mn)S. A particular attention was paid to the adjustment of the manganese concentration in order to minimize its concentration in solid solution in the iron matrix to minimise its effect on compressibility of powder. Besides the sulfides, the base powder was also prealloyed with 0.11% -pds. Tin. Thus, during sintering the manufactured parts from a FC-0208 type prepared from experimental powders in this research, the Tin was combined with copper to form bronze particles that precipitate on the prealloyed sulfide particles. The results showed that the new alloy has a higher compressibility than the ATOMET 29M produced by RioTinto Metal Powders that is known as one of the commercial iron powders having the improved machinability by using hexagonal nitride boron particles. Similarly, the measured static properties are also superior to that of the reference powder. The characterization of the fatigue strength and machinability of the experimental sintered mixtures developed in this study also show superior properties compared to the reference mixture FC-0208.

L'usinabilité des composants en acier PM est nettement inférieure à celle des aciers corroyés en raison de la présence de porosité résiduelle et de l'hétérogénéité de leur microstructure. Les problèmes liés à l'usinabilité constituent une part importante des coûts de production globaux des pièces en acier PM. La stratégie la plus populaire pour améliorer leur usinabilité consiste à mélanger un composé chimique, tel que MnS, MoS2 ou BN-h, à la poudre de base. Ces améliorateurs d'usinabilité améliorent le comportement d'usinage des aciers PM en diminuant les forces de coupe impliquées dans la formation de copeaux et en lubrifiant la surface de l'outil de coupe, ce qui en retour réduit à la fois l'usure en flanc et l'usure en cratère. Cette étude met en évidence une nouvelle approche pour développer des activateurs d'usinabilité conçus pour maximiser l'usinabilité des composants d'acier PM sans affecter les propriétés mécaniques ni la résistance à la corrosion. Ainsi, il a été décidé de revêtir les particules de MnS d'une couche de nickel pouvant agir comme une barrière pour neutraliser leur nature hygroscopique et augmenter la résistance à la corrosion des pièces en acier PM. De plus, il a été prévu que les propriétés mécaniques peuvent être améliorées en raison de la formation de liaisons métallurgiques entre le revêtement de nickel des particules de MnS et la matrice d'acier, tandis que le MnS améliore simultanément l'usinabilité de la pièce en acier PM. Une comparaison avec des additifs d'usinage commerciaux a été effectuée en termes d'usinabilité et de propriétés mécaniques. Il a été constaté que la résistance à la corrosion des échantillons contenant du MnS recouvert de nickel était excellent et identique à celle des échantillons sans additifs. De plus, les propriétés mécaniques ne sont pas affectées par la présence de l'additif nouvellement développé par rapport à ce qui a été mesuré lorsque le MnS a été utilisé. Enfin, la caractérisation de l'usinabilité a montré que l'ajout du MnS revêtu de nickel comme additif d'usinage pouvait améliorer l'usinabilité aussi bien que le MnS. / Machinability of PM steel components is significantly lower than that of wrought steels due to the presence of residual porosity and the heterogeneity of their microstructure. Machinability-related issues constitute a significant portion of the overall production costs of PM steel parts. The most popular strategy for improving their machinability involves admixing a chemical compound, such as MnS, MoS₂ or BN-h, to the base powder. These machinability enhancers improve the machining behavior of PM steels by decreasing the cutting forces involved with chip formation and by lubricating the surface of the cutting tool, which in return, reduces both flank wear and crater wear. This study highlights a novel approach for developing machinability enhancers engineered to maximize the machinability of PM components without affecting their mechanical properties nor corrosion resistance. Thus, it was decided to coat MnS particles with a nickel layer that can act as a barrier to neutralize their hygroscopic nature and increase the corrosion resistance of PM steel parts. Moreover, it was anticipated that mechanical properties could be improved due to the formation of metallurgical bonds between the nickel coating of the MnS particles and the steel matrix, while the MnS core of the additive would improve machinability of the PM steel component simultaneously. A comparison with commercial machining additives was performed in terms of both machinability and mechanical properties. It was found that the corrosion resistance of the samples containing nickel-coated MnS was excellent and identical to that of samples without additives. Moreover, mechanical properties are not affected by the presence of the newly developed additive compared to what was measured when MnS was used. Finally, machinability characterization showed that the addition of the nickel-coated MnS as a machining additive could improve machinability as well as MnS does.

L'usinabilité de pièces fabriquées par métallurgie des poudres est diminuée par la présence de porosités. L'usinabilité peut être améliorée en apportant des modifications à la microstructure des pièces. En effet, l'addition de sulfures de manganèse pré-alliés (MnS) peut entraîner une amélioration dans l'usinabilité des pièces. D'un autre côté, la présence de particules de seconde phase a tendance à diminuer les propriétés mécaniques des pièces telles que la résistance en fatigue. Ce mémoire présente les résultats en fatigue de pièces fabriquées avec des aciers contenant différentes quantités de MnS pré-alliés et prémélangés dans le but de quantifier l'effet de ces particules sur le comportement en usinage et sur le comportement en fatigue. Le but de cette étude est de trouver un compromis entre ces deux propriétés physiques. Les résultats démontrent que le meilleur compromis est atteint avec des poudres contenant 0.65%-pds de MnS pré-alliés. / The presence of porosities decreases the machinability of powder metallurgy steel parts; however, the machinability could be improved by modifying the microstructure. This can be achieved by the addition of pre-alloyed manganese sulphide (MnS) powders. But the presence of the second phase particles, namely MnS inclusions, tends to decrease the mechanical properties, particularly, fatigue. Thus, in practice, a balance has to be struck between machinability and fatigue resistance. In this context, parts have been fabricated from different base powders containing varying amounts of machinability enhancers and, the effects of varying the second phase particles, on their fatigue resistance and machinability have been evaluated. Microstructures and fracture morphologies have been characterized. Results demonstrate that the powder pre-alloyed with 0.65 wt-% MnS provides the best compromise.

L’introduction massive des alliages de titane pour les pièces de structures aéronautiques a soulevé de nouvelles problématiques d’usinage. Du fait que les matériaux réfractaires présentent de faibles propriétés thermiques leur mise en forme par usinage à sec est difficile. L’objectif industriel est d’améliorer la productivité de l’usinage des alliages de titane afin d’en réduire les coûts. Des travaux concernant la coupe du Ti6Al4V α+β, du Ti54M et du Ti6Al4V traité β ont été réalisés pour mettre en évidence les différences d’usinabilité entre ces trois matériaux. Ces travaux mettent en avant une forte influence du comportement orthotrope et de l’hétérogénéité de la microstructure lamellaire, ainsi que de la taille des grains du Ti6Al4V traité β sur la mise en forme par coupe. L’étude sur l’usure des outils par diffusion montre que le principal élément de diffusion est le titane et que par conséquent aucune différence n’est observée entre les trois matériaux. Pour confirmer que la diffusion est le mode d’usure principal, des essais de perçage instrumentés avec un système de mesure de température sans fil ont été effectués. Les températures à l’arrière de l’arête de coupe atteignent des températures supérieures à 500°C pour de faibles vitesses de coupe. A cette température le phénomène de diffusion est thermiquement activé et confirme les hypothèses évoquées précédemment. Enfin, pour avoir une compréhension des différences d’usinabilité mises en évidence lors des travaux expérimentaux, une recherche sur le comportement des matériaux (Johnson-Cook) et la mise en place d’une simulation numérique ont été réalisées. Les simulations réalisées à l’aide des lois de comportement identifiées précédemment modélisent précisément l’usinage du Ti6Al4V α+β et du Ti54M. L’hétérogénéité du Ti6Al4V traité β ne permet pas une bonne modélisation de la formation du copeau. Une modélisation polycristalline serait plus adaptée. / The massive introduction of titanium alloys onto the aeronautical structures parts has raised new problems in the machining process. Because of their low thermal properties (refractory materials), they are considered as difficult to cut material. The industrial aim is therefore to improve the productivity of the titanium alloy’s machining and to reduce their costs. Some research on Ti6Al4V α + β, Ti54M and β-treated Ti6Al4V cutting was carried out to point out machinability’s differences between these three materials. This work highlights a strong influence of the orthotropic behavior and the heterogeneity of the lamellar microstructure as well as the grain size of the β-treated Ti6Al4V on cutting. The study on the tool wear diffusion shows that the main diffusion element is titanium and therefore no difference is observed between those three materials. To check that diffusion is the main wear mode, instrumented drilling tests with a wireless temperature measurement device were performed. Temperatures behind the cutting edge reach temperatures above 500 °C for low cutting speeds. At this temperature the phenomenon of diffusion is thermally activated. Finally, in order to have an understanding of the machinability consistencies, a research on the materials’ behavior (Johnson-Cook) and the implementation of a numerical simulation were realized. The simulations carried out, using the previously identified behavior’s laws, model precisely the machining of the Ti6Al4V α+β and Ti54M. The heterogeneity of the β-treated Ti6Al4V does not allow a good modeling of the chip formation. Polycrystalline modeling would be more appropriate.

Cette étude porte sur l'usinage de l'alliage de titane Ti17 avec une assistance jet d'eau haute pression. Une attention particulière a été portée à l'analyse des mécanismes de dégradation et d'usure des outils lors de l'usinage avec et sans assistance. Le suivi de l'usure est réalisé par des observations régulières au microscope électronique à balayage (MEB) et par des analyses chimiques (technique EDS) afin de déterminer les zones de dépôt de matière sur l'outil. Toutes ces observations ont permis d'expliquer les mécanismes d'usure pour une opération d'ébauche et de finition. Il a été montré que les mécanismes d'usure sont différents entre l'usinage conventionnel et l'usinage assisté. En effet, lors de l'assistance jet d'eau haute pression, certains mécanismes ne sont plus activités mais d'autres mécanismes sont accélérés. Il existe donc une pression de jet d'eau optimale pour minimiser l'usure de l'outil.Afin de mettre en évidence l'effet du jet d'eau sur les phénomènes thermomécaniques dans les zones de formation du copeau, une modélisation par éléments finis est réalisée. Un couplage fluide / structure a dû être mis en place afin de prendre en compte les actions mécaniques et thermiques du jet d'eau sur la zone de coupe. Pour cela, la loi de comportement et le modèle d'endommagement de Johnson-Cook, ont été identifiés pour le Ti17 dans des conditions extrêmes sur une large gamme de températures et de vitesses de déformation. Cette modélisation a permis de mettre en évidence, pour l'usinage assisté haute pression, la diminution de la zone de contact outil/copeau, de retrouver la fragmentation du copeau et de quantifier le refroidissement des différentes zones de cisaillement.En revanche, cette modélisation ne permet pas de connaître l'effet de l'hétérogénéité microstructurale du matériau sur la zone de coupe. Ce constat est d'autant plus important que le matériau étudié présente une taille de grain importante (de l'ordre du millimètre). Pour cela, une nouvelle modélisation (multi-échelle) a été développée afin de prendre en compte la microstructure du matériau. Le matériau est donc modélisé comme un polycristal qui prend en compte des lois de la plasticité cristalline. Cette nouvelle approche permet alors de simuler la formation du copeau en prenant en compte les orientations cristallines des grains et les changements de phase qui apparaissent lors de l'usinage.

Les aciers contiennent de nombreuses inclusions : à base manganèse, aluminium, silicium, calcium, ... Leur impact individuel sur l'usinabilité demeure cependant mal connu dans la mesure où il est difficile de les isoler pour en quantifier l'influence. Une des premières tâches est de déterminer précisément leur effet tant sur le procédé en tant que tel (efforts, puissance, température) que sur les outils (nature et vitesse d'usure, modification chimique superficielle).De nombreuses études montrent la formation d'un « lubrifiant solide » à l'interface outil/copeau. Ce dépôt est parfois appelé « couche de transfert sélectif » (Build-up Layer). L'objectif de cette thèse est de savoir quels corps se cachent sous le vocable de « couche de transfert sélectif », quand cette couche est susceptible de se former, sur quelle partie de l'outil, dans quelles conditions opératoires, à quelle vitesse, pour quelles contraintes mécaniques et pour quelles températures. Est-elle susceptible de demeurer sur l'outil à l'arrêt de l'opération d'usinage ? A quelle vitesse se forme-telle ? Est-elle systématiquement stable ? / Steels contain many inclusions essentially composed by manganese, aluminium, silicium, calcium. However the influence of the different inclusions on machinability is poorly quantified. One of our first tasks is to determine precisely the effect of the inclusions on the metal cutting process as well as on the cutting tools. Many research works highlight a solid lubricant provided by the material being machined and spread along the tool-chip interface. This coating is so called Build up Layer.This thesis is devoted to answer some important questions: what is the actual composition of the Build-up Layer? Is it always the same for a tool machining a steel grade? When and where will the Build-up Layer appear? Is it stable?