Acier allié - Alloy steel

Alliage d' acier est en acier qui est allié avec une variété d' éléments en quantités totales entre 1,0% et 50% en poids pour améliorer ses propriétés mécaniques . Les aciers alliés se divisent en deux groupes : les aciers faiblement alliés et les aciers fortement alliés. La différence entre les deux est contestée. Smith et Hashemi définissent la différence à 4,0 %, tandis que Degarmo et al. , définissez-le à 8,0 %. Le plus souvent, l'expression "acier allié" fait référence aux aciers faiblement alliés.

À proprement parler, chaque acier est un alliage, mais tous les aciers ne sont pas appelés "aciers alliés". Les aciers les plus simples sont le fer (Fe) allié au carbone (C) (environ 0,1% à 1%, selon le type). Cependant, le terme "acier allié" est le terme standard se référant aux aciers avec d' autres éléments d'alliage ajoutés délibérément en plus du carbone. Les alliages courants comprennent le manganèse (le plus courant), le nickel , le chrome , le molybdène , le vanadium , le silicium et le bore . Les alliages moins courants comprennent l' aluminium , le cobalt , le cuivre , le cérium , le niobium , le titane , le tungstène , l' étain , le zinc , le plomb et le zirconium .

Ce qui suit est une gamme de propriétés améliorées en alliage des aciers (par rapport à des aciers au carbone ): résistance , dureté , ténacité , résistance à l'usure , résistance à la corrosion , trempabilité et dureté à chaud . Pour obtenir certaines de ces propriétés améliorées, le métal peut nécessiter un traitement thermique .

Certains d'entre eux trouvent des utilisations dans des applications exotiques et très exigeantes, comme dans les aubes de turbines de moteurs à réaction et dans les réacteurs nucléaires. En raison des propriétés ferromagnétiques du fer, certains alliages d'acier trouvent des applications importantes où leurs réponses au magnétisme sont très importantes, notamment dans les moteurs électriques et les transformateurs.

Aciers faiblement alliés

Quelques aciers faiblement alliés courants sont :

  • D6AC
  • 300M
  • 256A
Principaux aciers faiblement alliés
Désignation SAE Composition
13xx Mn 1,75%
40xx Mo 0,20 % ou 0,25 % ou 0,25 % Mo & 0,042% S
41xx Cr 0,50 % ou 0,80 % ou 0,95 %, Mo 0,12 % ou 0,20 % ou 0,25 % ou 0,30 %
43xx Ni 1,82%, Cr 0,50% à 0,80%, Mo 0,25%
44xx Mo 0,40% ou 0,52%
46xx Ni 0,85% ou 1,82%, Mo 0,20% ou 0,25%
47xx Ni 1,05%, Cr 0,45%, Mo 0,20% ou 0,35%
48xx Ni 3,50%, Mo 0,25%
50xx Cr 0,27 % ou 0,40 % ou 0,50 % ou 0,65 %
50xxx Cr 0,50 %, C 1,00 % min
50Bxx Cr 0,28% ou 0,50%, et bore ajouté
51xx Cr 0,80 % ou 0,87 % ou 0,92 % ou 1,00 % ou 1,05 %
51xxx Cr 1,02 %, C 1,00 % min
51Bxx Cr 0,80% et bore ajouté
52xxx Cr 1,45 %, C 1,00 % min
61xx Cr 0,60 % ou 0,80 % ou 0,95 %, V 0,10 % ou 0,15 % min
86xx Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,20%
87xx Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,25%
88xx Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,35%
92xx Si 1,40% ou 2,00%, Mn 0,65% ou 0,82% ou 0,85%, Cr 0,00% ou 0,65%
94Bxx Ni 0,45%, Cr 0,40%, Mo 0,12% et bore ajouté
ES-1 Ni 5%, Cr 2%, Si 1,25%, W 1%, Mn 0,85%, Mo 0,55%, Cu 0,5%, Cr 0,40%, C 0,2%, V 0,1%

Science matérielle

Des éléments d'alliage sont ajoutés pour obtenir certaines propriétés du matériau. Les éléments d'alliage peuvent changer et personnaliser les propriétés - leur flexibilité, leur résistance, leur formabilité et leur trempabilité. À titre indicatif, les éléments d'alliage sont ajoutés en pourcentages inférieurs (moins de 5 %) pour augmenter la résistance ou la trempabilité, ou en pourcentages plus importants (plus de 5 %) pour obtenir des propriétés spéciales, telles que la résistance à la corrosion ou la stabilité extrême à la température. Du manganèse, du silicium ou de l'aluminium sont ajoutés pendant le processus de fabrication de l' acier pour éliminer l' oxygène dissous , le soufre et le phosphore de la fonte . Le manganèse, le silicium, le nickel et le cuivre sont ajoutés pour augmenter la résistance en formant des solutions solides dans la ferrite. Le chrome, le vanadium, le molybdène et le tungstène augmentent la résistance en formant des carbures de deuxième phase . Le nickel et le cuivre améliorent la résistance à la corrosion en petites quantités. Le molybdène aide à résister à la fragilisation. Le zirconium, le cérium et le calcium augmentent la ténacité en contrôlant la forme des inclusions. Le soufre (sous forme de sulfure de manganèse ), le plomb, le bismuth, le sélénium et le tellure augmentent l'usinabilité. Les éléments d'alliage ont tendance à former soit des solutions solides, soit des composés ou des carbures. Le nickel est très soluble dans la ferrite ; par conséquent, il forme des composés, généralement Ni 3 Al. L'aluminium se dissout dans la ferrite et forme les composés Al 2 O 3 et AlN. Le silicium est également très soluble et forme généralement le composé SiO 2 •M x O y . Le manganèse se dissout principalement dans la ferrite formant les composés MnS, MnO•SiO 2 , mais formera également des carbures sous forme de (Fe,Mn) 3 C. Le chrome forme des cloisons entre les phases ferrite et carbure dans l'acier, formant (Fe,Cr 3 )C, Cr 7 C 3 et Cr 23 C 6 . Le type de carbure formé par le chrome dépend de la quantité de carbone et d'autres types d'éléments d'alliage présents. Le tungstène et le molybdène forment des carbures s'il y a suffisamment de carbone et une absence d'éléments de formation de carbure plus forts (c'est-à-dire le titane et le niobium ), ils forment respectivement les carbures W 2 C et Mo 2 C. Le vanadium, le titane et le niobium sont de forts éléments de formation de carbure, en formant du carbure de vanadium , le carbure de titane et le carbure de niobium , respectivement. Les éléments d'alliage ont également un effet sur la température eutectoïde de l'acier. Le manganèse et le nickel abaissent la température des eutectoïdes et sont connus comme éléments stabilisateurs d'austénite . Avec suffisamment de ces éléments, la structure austénitique peut être obtenue à température ambiante. Les éléments formateurs de carbure élèvent la température eutectoïde ; ces éléments sont appelés éléments stabilisateurs de ferrite .

Principaux effets des principaux éléments d'alliage pour l'acier
Élément Pourcentage Fonction primaire
Aluminium 0,95-1,30 Elément d'alliage dans les aciers de nitruration
Bismuth - Améliore l'usinabilité
Bore 0,001–0,003 ( Acier au bore ) Un puissant agent de trempabilité
Chrome 0,5–2 Augmente la trempabilité
4–18 Augmente la résistance à la corrosion
Cuivre 0,1-0,4 Résistance à la corrosion
Mener - Usinabilité améliorée
Manganèse 0,25-0,40 Se combine avec du soufre et du phosphore pour réduire la fragilité. Aide également à éliminer l'excès d'oxygène de l'acier en fusion.
>1 Augmente la trempabilité en abaissant les points de transformation et en ralentissant les transformations
Molybdène 0,2–5 Carbures stables ; inhibe la croissance des grains. Augmente la ténacité de l'acier, faisant ainsi du molybdène un métal d'alliage très précieux pour la fabrication des pièces coupantes des machines-outils mais aussi des aubes de turbines des turboréacteurs . Également utilisé dans les moteurs de fusée .
Nickel 2–5 Durcisseur
12-20 Augmente la résistance à la corrosion
Silicium 0,2–0,7 Augmente la force
2.0 Aciers à ressort
Pourcentages plus élevés Améliore les propriétés magnétiques
Soufre 0,08-0,15 Propriétés de décolletage
Titane - Fixe le carbone dans les particules inertes ; réduit la dureté martensitique des aciers au chrome
Tungstène - Augmente également le point de fusion.
Vanadium 0,15 Carbures stables; augmente la résistance tout en conservant la ductilité ; favorise la structure du grain fin. Augmente la ténacité à haute température

Voir également

Les références

Bibliographie

  • Degarmo, E. Paul; Noir, J T. ; Kohser, Ronald A. (2007), Matériaux et procédés de fabrication (10e éd.), Wiley, ISBN 978-0-470-05512-0.
  • Groover, député, 2007, p. 105-106, Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes and Systems , 3e édition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, ISBN  978-0-471-74485-6 .
  • Smith, William F. ; Hashemi, Javad (2001), Foundations of Material Science and Engineering (4e éd.), McGraw-Hill, p. 394, ISBN 0-07-295358-6