| © 2010 |
  |
 |
| Aciers à outils |
|
ACIERS NON ALLIÉS POUR TRAVAIL À FROID
CARBONE
Elément essentiel pour durcir l'acier, et la variation de la dureté HRC en fonction de la teneur en carbone d'un acier non allié. Au-delà de 0.6% de carbone, on atteint la zone des aciers à outils caractérisée par de hauts niveaux de dureté et qui correspond au domaine des aciers de travail à froid des aciers à coupe rapide. L'augmentation progressive de la teneur en carbone conduit à une réduction des domaines de température correspondant à la transformation à chaud et au traitement thermique.
Aciers d'usage général Cette nuance se caractérise par des teneurs en manganèse, silicium, plus élevées, un grain moins fins, conduit à des profondeurs de trempe plus grandes. En règle générale, cette nuance sera plus sensible à la surchauffe que les autres aciers à outils non alliés, en cas de dépassement des températures requises pour le forgeage ou la trempe. De ce fait, le danger de tapures de trempe en cas de surchauffe sera plus grand. Leur ténacité à l'état trempé sera également moindre et ceci conduit à limiter le carbone. Il est donc recommandé de les utiliser pour des applications qui exigent simultanément des duretés supérieures à 55 HRC et une bonne ténacité.
Aciers extra fin au carbone Ces aciers se caractérisent par une très grande finesse de grain après trempe et par une fragilité réduite pour des duretés élevées de l'ordre de 57-61 HRC. L'acier est peu sensible à la surchauffe et présente une profondeur de trempe très limitée et constante.
Aciers fins au carbone Cette nuance est utilisée lorsque se pose un problème de trempabilité sur pièces plus massives ou lorsque l'on cherche à accroître la profondeur de la couche trempée pour éliminer certains risques d'écaillage. Cet acier se trempe á l'eau mais il est possible d'envisager dans certains cas des milieux de trempe moins sévères tels que les bains de sels par exemple. ». Ce sont les plus simple puisqu'ils ne contiennent que du fer et du carbone, les autres éléments y étant présents en teneur résiduelles variables selon les matières premières et le mode d'élaboration utilisés. A teneur en carbone égales, ces aciers acquièrent à la trempe des duretés aussi élevées que celles des aciers alliés. Ils diffèrent cependant de ces derniers, par une trempabilité plus faible, ce qui limite leur emploi à des pièces de sections relativement étroites Leur trempabilité limitée conduit également à l'emploi de moyens de trempe énergiques : eau pure ou salée, et plus rarement pour des pièces de faible section, l'huile. En contrepartie, les aciers au carbone sont plus faciles à recuire ; ils sont moins durs à l'état recuit et présente de ce fait, une usinabilité et une aptitude de formage à froid bien meilleure.
Les propriétés :
Dureté : La dureté des aciers à outils non alliés pour travail à froid est relativement élevée car elle est donnée par la teneur en carbone. En revanche, la pénétration de trempe des aciers est très faible car cette propriété est donnée par les éléments d’alliage qui sont présent en très petite quantité. Pour un outillage donné, il y aura dons simplement une pellicule superficielle de quelques millimètres d’épaisseur de structure martensitique sur un cœur non transformé par manque de trempabilité.
Ténacité : Les aciers au carbone, après trempe á l'eau, ont une profondeur de trempe faible et un coeur non dur. La ténacité est donc en partie fonction de l'importance du volume non trempé de la pièce qui lui permet de supporter certaines sollicitations aux chocs. Le caractère tenace d'un acier au carbone est également fonction de la grosseur de grain obtenue après trempe. Plus ce grain sera fin, meilleure sera la ténacité. L'évolution de la grosseur de grain et de la profondeur de trempe en fonction de la température d'austénitisation est beaucoup plus dispersée dans les aciers fins et d’usage général que dans les aciers extra-fins, en raison des écarts de teneurs en éléments résiduels. Par ailleurs, la marge de température dont on dispose pour la trempe est relativement étroite dans les aciers fins et d'usage général en raison de la sensibilité de ces aciers au phénomène de surchauffe.
Résistance à l'usure : Elle est faible, mais- peut être améliorée par une augmentation de la teneur en carbone (teneur minimale : 1 %). C'est un des caractères les plus déficients des aciers au carbone, qui ne peut être valablement amélioré que par l'addition d'éléments carburigénes.
Résistance au revenu : La dureté de 60 HRC obtenue après trempe à l'eau depuis
Déformation au traitement thermique : Les déformations dues à la variation du volume spécifique de la couche trempée d'un acier au carbone varient proportionnellement á ce volume trempé et conduisent à une expansion. Ces déformations seront donc d'autant plus faibles que la profondeur de trempe sera plus réduite. Lors du traitement thermique, les déformations les plus à craindre sont celles qui concernent non pas le changement de volume, mais le changement de forme; ces changements de formes sont souvent importants et conduisent, par exemple, à des flèches ou des voilages et cela d'autant plus que les caractéristiques mécaniques à chaud de ces aciers sont faibles. C'est ce qui donne aux aciers au carbone la réputation de se déformer facilement aux traitements.
Les nuances
La norme EN ISO 4957 mai 2000, définit 6 nuances. Ces nuances correspondent à des nuances existantes dans (Pour mémoire nous reprendrons la correspondance des nuances ainsi que le domaine d'utilisation repris dans Aciers non alliés pour travail À froid
2) ACIERS ALLIÉS POUR TRAVAIL À FROID
" Les aciers non alliés se révèlent insuffisants pour beaucoup d'emplois en raison, soit d'une faible capacité de trempe, soit d'une trop grande fragilité, soit encore d'un manque de résistance á l'usure. Les additions d'éléments d'alliage vont avoir pour but de remédier à ces insuffisances. " Influence des éléments d'alliage
Les domaines d'utilisation
Les aciers résistant à l'usure :
" La résistance á l'usure nécessite la présence, dans une matrice martensitique, de carbures non dissous contenant du chrome, du tungstène et du vanadium, beaucoup plus durs que les carbures de fer que l'on peut trouver dans les aciers à outils non alliés. Par conséquent, les nuances que nous allons rencontrer dans cette catégorie d'aciers à outils dérivent directement des aciers fins par des additions d'éléments carburigènes tels que le chrome, et le tungstène, éventuellement le vanadium, ou d'éléments modifiant l'activité du carbone tels que le silicium. " Référence: Technique de l'ingénieur. traité métallurgique M300 Leur trempabilité limitée amène à les tremper, selon les nuances et la section des outils, soit à l'eau, soit à l'huile. Les duretés élevées acquises après trempe et la présence de carbures alliés plus durs que la cémentite des aciers au carbone, leurs confèrent une bonne résistance à l'usure qui toutefois, reste inférieur a celle des aciers bien plus alliés. Ils offrent en contrepartie, une meilleure usinabilité, de plus grande facilité de traitement thermique, en raison de leurs températures de trempe relativement basse.
Les aciers à très haute résistance à l'usure : " La résistance à l'usure est obtenue par de fortes additions de chrome qui, simultanément, augmente la capacité de trempe au point que certains de ces aciers peuvent subir la trempe par simple refroidissement à l'air, ce qui permet de les classer parmi les aciers indéformables. " Référence: Technique de l'ingénieur. Traité métallurgique M300
Les aciers résistant aux chocs : "Ces aciers devant résister aux chocs mécaniques, une moindre fragilité est obtenue en diminuant la teneur en carbone, ce qui entraîne une diminution de la dureté qui est habituellement limitée á 56-58 HRC. " Référence: Technique de l'ingénieur. Traité métallurgique M300 Les duretés atteintes après trempe sont nettement plus faibles avec, en contrepartie, une moindre fragilité leur permettant de résister aux chocs et à des sollicitations brusques. Ils sont également dans l'ensemble bien moins alliés que les aciers dits " indéformables ". A dureté égale, ils résistent mieux à l'usure et aux chocs que les aciers non alliés et supportent, en raison de la présence des éléments d'alliage, des températures de revenu plus élevées après trempe, ou d'échauffement en service, sans baisse excessive de dureté. En cas de travail continu à chaud, il est indispensable de prévoir un refroidissement efficace. La diversité des compositions des aciers résistant aux chocs influe grandement sur la trempabilité et les propriétés d'emploi. De ce fait, le choix d'une nuance devra tenir compte de la destination de l'outil, de sa masse et du mode de trempe envisagé.
Aciers résistant à l'usure 105V 100V2 Aciers résistant aux chocs 50WCrV8 45WCrV8 - 60WCrV8 - Aciers résistant à l'usure 102Cr6 100Cr6 - 21MnCr5 - Aciers résistant à l'usure 70MnMoCr8 70MnMoCr8 Aciers résistant à l'usure 90MnCrV8 90MnV8 Aciers résistant à l'usure 95MnWCr5 95MnWCrV5 Aciers à très haute résistance à l'usure X100CrMoV5 X100CrMoV5 Aciers à très haute résistance à l'usure X153CrMoV12 X160CrMoV12 Aciers à très haute résistance à l'usure X210Cr12 X200Cr12 Aciers à très haute résistance à l'usure X210CrW12 X210CrW12-1 Aciers résistant aux chocs 35CrMo7 35CrMnMo7 Aciers résistant aux chocs 40CrMnNiMo8-6-4 40CrMnMo8 - 45NiCrMo16 - Aciers résistant à certaines corrosions X40Cr14 X40Cr14 Aciers résistant à certaines corrosions X38CrMo16 X38CrMo16
3) ACIERS ALLIÉS POUR TRAVAIL À CHAUD
" D'une manière générale, les aciers pour travail à chaud doivent avoir une résistance à la déformation convenable, donc des caractéristiques mécaniques à chaud et une résistance à l'usure élevées sans que la ténacité, indispensable pour limiter les risques de fissuration rapide, soit trop sacrifiée, ainsi qu'une bonne tenue aux différences de température en cours de travail, causes de chocs thermiques. Ces aciers doivent avoir également une résistance à la déformation suffisante lors des traitements thermiques. La plupart des aciers étant assez alliés, et contenant du chrome en particulier, ont une trempabilité élevée et répondent bien à cette exigence. Une bonne usinabilité est également recherchée; elle est obtenue par un traitement de recuit donnant la structure la plus favorable. Les propriétés essentielles que doivent avoir les aciers pour travail á chaud sont de bonnes caractéristiques de traction á chaud compatibles avec une ténacité suffisante, ce qui limite leur teneur en carbone á une valeur inférieure á 0,6 %. " Influence des éléments d'alliage
Les domaines d'utilisation
Les aciers résistant aux chocs mécaniques : L'EN ISO 4957 , n'a retenue qu'une seule nuance au Nickel-Chrome-Molybdène. Cette nuance à une bonne excellente trempabilité, mais nécessite des précautions particulières pour le refroidissement après forgeage et l'opération de recuit. Les caractéristiques de ductilité de ce type d'acier sont excellente, mais, sa résistance à l'adoucissement est faible, ce qui limite ses conditions d'emploi aux températures inférieures à
Les aciers résistant aux chocs thermiques : Ces aciers possèdent en commun la faculté de réaliser un compromis entre une bonne résistance à l'adoucissement aux températures moyennement élevées, supérieure aux aciers résistant aux chocs mécaniques, et une bonne résistance aux chocs mécaniques et thermiques. Ils sont en règle générale, employés à des températures supérieures aux aciers résistant aux chocs mécaniques.
Les aciers résistant à l'usure aux températures élevées : Cet acier comporte essentiellement des additions de Tungstène pour augmenter la résistance à l'usure, du Chrome pour améliorer la capacité de trempe et du Vanadium pour renforcer la résistance à l'échauffement et à l'usure. La présence de ces éléments en teneurs élevées contribue au bon comportement à chaud de ces aciers, qui conservent ainsi aux températures de service des valeurs élevées de dureté, de résistance à l'usure et au fluage. La résistance à l'adoucissement au revenu s'en trouve également améliorée. Ces avantages comportent, en contrepartie, une moins bonne tenue aux chocs mécaniques ou thermiques, la nécessité d'appliquer des températures de trempe élevées et de prendre de grandes précautions au réchauffage de forgeage et de trempe, ainsi que l'impossibilité de refroidir à l'eau les outillages chauds.
Les nuances La norme EN ISO 4957 mai 2000, définit 9 nuances dont 8 existantes dans
Aciers résistant aux chocs mécaniques 55NiCrMoV7 55NiCrMoV7 Aciers résistant aux chocs thermiques 32CrMoV12-28 32CrMoV12-28 Aciers résistant aux chocs thermiques X37CrMoV5-1 X38CrMoV5 Aciers résistant aux chocs thermiques X40CrMoV5-1 X40CrMoV5 Aciers résistant à l'usure 50CrMoV13-15 50CrMoV13 Aciers résistant à l'usure aux températures élevée X30WCrV9-3 X30XCrV9 Aciers résistant aux chocs thermiques X35CrWMoV5 X35CrWMoV5 - 38CrCoWV18-17-17
4) ACIERS RAPIDES
Utilisé d’abord exclusivement pour la coupe des métaux, les aciers rapides ont depuis trouvé de nombreuses applications dans le domaine de la mise en forme des métaux sans production de copeaux. « Les caractéristiques requises pour la mise en forme avec ou sans enlèvement de copeaux sont essentiellement la dureté (à froid et surtout à chaud), la résistance à l'usure et la ténacité. Ces caractéristiques ont été obtenues au moyen d'additions importantes d'éléments tels que le tungstène, le molybdène et le vanadium, combinés á des éléments tels que le chrome et le cobalt donnant, l'un la trempabilité, l'autre la dureté á chaud .L'augmentation de la teneur en vanadium de ces aciers ainsi que l'augmentation correspondante de la teneur en carbone ont conduit à la mise au point de nuances d'aciers rapides dites surcarburées, dont la résistance à l'usure et la dureté à chaud sont nettement supérieures à celles des aciers rapides classiques. »
Référence: Technique de l'ingénieur. Traité métallurgique M300 Influence des éléments d'alliage
Les domaines d'utilisation
Les aciers rapides de bases : « Les aciers rapides de base ont une bonne tenue á la coupe, adaptable à beaucoup de conditions de travail et une assez bonne ductilité. Leur résistance á l'usure et leur dureté á chaud sont moindres que celles d'autres aciers, mais sont cependant suffisantes dans un grand nombre de cas. » Référence: Technique de l'ingénieur. traité métallurgique M300
Les aciers rapides surcarburés : « Les aciers de ce groupe se différencient des aciers rapides de base par des teneurs en carbone et vanadium nettement plus élevées. Ces nuances, qui sont en quelque sorte des aciers surcarburés sans cobalt, ont une meilleure dureté á la température ambiante que les précédents, mais leur dureté á chaud est sensiblement la même. Ces aciers sont fragiles et leur aptitude au meulage est rendue délicate par suite d'une grande quantité de carbures de vanadium dans la microstructure. » Référence: Technique de l'ingénieur. traité métallurgique M300
Les aciers rapides au cobalt : L’action du cobalt est généralement associée à l’amélioration des propriétés à chaud. Le cobalt ne forme pas de carbure et passe en quasi-totalité dans la matrice. Au sein de celle ci, il augmente la vitesse de germination des carbures au cours du revenu en diminuant leurs vitesses de croissance et de coalescence ultérieurs. Les carbures sont de ce fait plus nombreux, plus fins et plus dense. La dureté de l’acier se conserve plus longtemps et résiste mieux à l’échauffement. L’addition de cobalt augmente la fragilité de l’acier. D’autre part comme le molybdène, le cobalt rend l’acier plus sensible à la décarburation. Référence: Technique de l'ingénieur. traité métallurgique M300
Les nuances
Aciers rapides de bases HS18-0-1 HS18-0-1 Aciers rapides de bases HS2-9-2 HS2-9-2 Aciers rapides de bases HS1-8-1 HS2-9-1 - HS3-3-2 - Aciers rapides de bases HS6-5-2 HS6-5-2 Aciers rapides de bases HS6-5- Aciers rapides surcarburés HS6-5-3 HS6-5-3 - HS6-5- - HS6-6-2 - Aciers rapides surcarburés HS6-5-4 HS6-5-4 Aciers rapides au cobalt HS6-5-2-5 HS6-5-2-5HC - HS6-5-3-8 - Aciers rapides surchargés au cobalt HS10-4-3-10 hs10-4-3-10 Aciers rapides au cobalt à haute teneur en carbone HS2-9-1-8 HS2-9-1-8
Référence: Technique de l'ingénieur
|
