Qu’est-ce que l’acier allié?
Figure 1 – Image de l’acier allié
Les alliages peuvent être composés de chrome, de nickel et de niveaux en carbone moyen à faible.
La composition de l’acier allié varie d’un minimum de 1 %, avec un rapport idéal dépendant du type ou de l’objectif de l’acier allié particulier.
En général, ce mélange crée un matériau solide et flexible qui résiste aux vibrations et conserve sa forme à des températures extrêmes, le rendant adapté à des composants tels que les pales de turbine ou les éléments aérospatiaux.
La flexibilité est essentielle dans ces cas et, comme son nom l’indique, l’acier allié est un métal polyvalent populaire pour de nombreuses applications en raison de sa résistance et de sa flexibilité.
Les exemples incluent les composants automobiles ou les implants corporels médicaux. De plus, cette famille de métaux possède des propriétés anticorrosion et une tolérance élevée à la chaleur, combinant d’autres éléments pour former des grades spécifiques.
Types d’acier allié!
Figure 2 – Sélection d’acier allié
Ci-dessous, nous aborderons les deux types les plus courants.
Acier faiblement allié
L’acier faiblement allié est défini comme une quantité minimale d’éléments coulés, avec sa teneur en carbone variant de 0,05 à 0,25 pour cent en poids.
D’autre part, il a une large gamme d’utilisations, telles que la construction, marine et les besoins de fabrication industrielle.
Les récents progrès en composition ont facilité le soudage. Aucun préchauffage n’est nécessaire et ils sont sensibles aux aimants.
Acier fortement allié
Autrement connu sous le nom d’acier à outils ou d’acier rapide, ils contiennent de petites quantités d’au moins 12 éléments d’alliage. Le chrome est l’élément principal.
Étant donné que ces matériaux peuvent généralement résister à une gamme plus large de températures et de produits chimiques agressifs que d’autres matériaux métalliques, ils sont idéaux pour des applications exigeantes impliquant une température extrême ou des produits chimiques corrosifs.
L’acier faiblement allié ne peut pas supporter ces conditions. L’acier fortement allié est généralement plus cher que l’acier faiblement allié. Sa production nécessitant plus d’éléments rares augmente considérablement leur coût.
Classification basée sur les éléments d’alliage
Enfin, les aciers alliés peuvent être classés par les matériaux de leur composition. C’est-à-dire que le nombre de certains constituants déterminera le type d’alliage.
L’alliage de nickel contient des éléments comme le nickel et le molybdène. En sélectionnant les bons aciers alliés, vous pouvez vous assurer que votre matériau répond à toutes les exigences.
Selon son utilisation prévue, certains outils nécessitent une dureté extrême lorsqu’ils sont utilisés à des températures extrêmes, comme les pièces automobiles ou les outils.
| Propriété | Acer faiblement allié | Acer fortement allié | Exemples d’éléments d’alliage |
| Contenu en carbone | 0,05 – 0,25% en poids | Varie en fonction de l’alliage spécifique | Carbone, Fer |
| Éléments d’alliage communs | Manganèse, Cuivre, Phosphore, Soufre, Chrome, Nickel | Chrome, au moins 12 autres éléments | Chrome, Nickel, Molybdène |
| Utilisations typiques | Construction, Marine, Fabrication industrielle | Acier à outils, Aciers rapides, Moteurs d’avion, Outils de coupe | |
| Avantages clés | Large gamme d’utilisations, peut être soudé sans préchauffage, sensible aux aimants | Dureté, résistance à l’usure et à la corrosion, performance dans des conditions extrêmes | |
| Coût | Moins cher | Plus cher en raison de l’inclusion d’éléments rares |
Comparaison de l’acier faiblement et fortement allié
Propriétés de l’acier allié!
Figure 3 – Composition de l’acier allié
L’acier allié a une meilleure usinabilité et ductilité, ses propriétés mécaniques et chimiques dépendant des éléments qu’ils contiennent variant de 0 à 30%.
1. Propriétés mécaniques
Résistance à la traction est un facteur important qui détermine sa capacité à résister à différentes forces.
Avec leur capacité à supporter une intense pression de forage, ils sont utilisés dans le forage de puits de pétrole et d’autres applications exigeantes.
Le traitement thermique produit une large plage de dureté entre Rockwell C48 et 79.
2. Propriétés chimiques
L’acier allié a divers éléments, comprenant le fer comme matériau de base et des composants supplémentaires de cuivre, nickel et molybdène.
Ayant au moins 10 % de chrome et jusqu’à 30 %, cela améliore la résistance à la corrosion, la trempabilité et l’élasticité robuste ; parfois il contient du nickel ou du molybdène.
| Propriété | Acier (Alliage) | Acier (Carbone) | Acier à Outils | Exemple d’Acier Allié |
| Rapport Résistance/Poids | Plus élevé | Plus bas | Plus bas | Acier Inoxydable |
| Usinabilité | Généralement meilleure que les aciers au carbone/à outils | Modérée | Modérée | N/A |
| Ductilité | Meilleure que les aciers au carbone/à outils | Modérée à médiocre | Médiocre | N/A |
| Résistance à la Traction | Plus élevée | Plus basse | N/A | N/A |
| Plage de Dureté (Rockwell C) | C48 – C79 (avec traitement thermique) | N/A | N/A | N/A |
| Composition Chimique | Fer, 0-30 % autres éléments (par exemple, cuivre, nickel, molybdène, chrome) | Principalement carbone et fer | Fer, carbone et autres éléments d’alliage | 30 % autres éléments et 10 % de chrome |
Propriétés de l’Acier Allié
Processus de Fabrication de l’Acier Allié!
Figure 4 – Processus de Fabrication
Il est nécessaire d’apprendre sur les alliages et les processus utilisés pour les fabriquer.
L’alliage consiste à combiner différents éléments, par exemple; du carbone et d’autres impuretés comme l’aluminium ou le chrome.
Cependant, ils créent des alliages solides et durables pour une utilisation dans diverses applications. Les processus courants sont énumérés ci-dessous :
Laminage à Chaud
Une méthode courante pour le traitement de l’acier allié est le laminage à chaud, qui consiste à le chauffer à des températures élevées afin de réduire son épaisseur, augmenter sa résistance ou éliminer les défauts dans un composant métallique.
Le laminage à chaud fonctionne bien avec des formes complexes et peut être efficace pour produire des sections minces, cependant il n’est pas adapté pour des composants en acier allié complexes.
Étirage à Froid
L’étirage à froid ou l’extrusion, une technique efficace de mise en forme de composants à paroi mince, consiste à pousser le métal à travers des filières.
Le matériau en acier allié s’écoule et crée finalement un composant précis. Peu ou pas de découpe est nécessaire avant le post-traitement comme l’usinage.
Forgeage
Le forgeage est une méthode utilisée pour créer des formes solides et ductiles par pressage, martelage ou l’application d’autres forces de compression qui se réfère au processus de conversion de métal solide en composants discrets.
Moulage
Les techniques de soudage et de moulage sont essentielles pour la fabrication des alliages. En même temps, ils offrent une résistance admirable aux pièces avec des formes ou des structures complexes qui ne peuvent pas être créées en utilisant d’autres méthodes de fabrication, en particulier pour les pièces de grande taille.
Pour l’acier allié, le moulage nécessite des moules qui utilisent la coulée à modèle perdu ou en sable pour créer des formes désirées. Le métal liquide est versé dans des contenants de modèles chauffés.
Extrusion
L’extrusion est une autre méthode pour façonner l’acier allié avec des pièces compliquées, qui est un processus continu dans lequel le métal fondu est aspiré dans une ouverture sous pression.
Similaire à l’étirage à froid sans utilisation de filières, cette méthode de création de produits comme des barres et des tiges est moins compliquée que d’autres méthodes lorsqu’il s’agit d’alliages.
Métallurgie des Poudres
La métallurgie des poudres consiste à comprimer de minuscules particules de poudre métallique à des températures élevées.
Créer des formes complexes avec des géométries interactives à moindre coût est rendu possible en produisant des composants d’alliage à partir de poudre, ce qui permet des conceptions complexes qui ne sont pas réalisables avec les méthodes conventionnelles.
Fabrication Additive:
L’impression 3D est également connue sous le nom de fabrication additive. De plus, cette méthode dépose des couches les unes sur les autres, atteignant la forme désirée du composant métallique avec précision et répétabilité.
Étant le choix parfait pour former pratiquement n’importe quelle géométrie, c’est idéal pour divers composants en alliage avec de multiples éléments complexes.
Remoulage par Électroslagage
Le remoulage par électroslagage utilise un arc pour fondre efficacement l’alliage en grandes quantités, améliorant la résistance à la corrosion.
Travailler avec de plus grandes quantités est plus rentable que les méthodes alternatives telles que le remoulage au laser.
Remoulage par Arc Sous Vide
Le remoulage par arc sous vide est un processus essentiel et économique dans la fabrication de composants en acier allié qui crée des alliages homogènes aux propriétés supérieures.
Un tel processus, idéal pour les industries aérospatiale et automobile, fonctionne en faisant fondre l’alliage dans un environnement hautement contrôlé.
Permettant une contamination minimale et des niveaux de pureté améliorés, il est idéal pour la fabrication de matériaux résistants tels que l’acier inoxydable.
| Processus | Description | Formes et Tailles Applicables | Avantages |
| Laminage à Chaud | Une technique fréquemment utilisée consiste à soumettre de l’acier allié à la chaleur dans le but d’améliorer la durabilité, d’éliminer les défauts ou de réduire la largeur. | Formes complexes et sections minces | Efficace pour une large gamme d’applications |
| Étirage à Froid | Pousser de l’acier allié à travers des matrices pour le façonner; adapté aux composants à paroi mince. | Composants à paroi mince | Composants précis, moins de post-traitement |
| Forging | Transformer du métal solide en composants distincts en utilisant la presse, le martelage ou l’application de forces compressives. | Divers composants en acier allié | Grande résistance et propriétés ductiles |
| Moulage | Création de formes complexes en utilisant la coulée sous vide ou en sable en versant du métal liquide dans des moules chauffés. | Grandes tailles et formes complexes | Adaptable à des formes et structures complexes |
| Extrusion | Tirer du métal fondu dans une ouverture sous pression sans utiliser de matrices. | Barres, tiges et pièces moins complexes | Adapté à la production continue |
| Métallurgie des Poudres | Compresser ensemble des particules de poudre métallique à des températures élevées pour créer des formes complexes. | Géométries hautement complexes et interactives | Coût plus bas, conceptions complexes |
| Fabrication Additive | Processus d’impression 3D déposant des couches pour créer une forme de composant métallique désirée avec précision et répétabilité. | Éléments complexes multiples | Applicable à pratiquement n’importe quelle géométrie |
| Refusion par Laitier Électroconducteur | Faire fondre l’alliage en utilisant un arc pour des propriétés améliorées et une rentabilité à grande échelle. | Grandes quantités | Résistance accrue, résistance à la corrosion |
| Refusion par Arc Sous Vide | Fusion de l’alliage dans un environnement contrôlé pour une contamination minimale et des niveaux de pureté améliorés. | Composants aérospatiaux et automobiles | Propriétés supérieures, idéal pour les matériaux résistants |
Processus de Fabrication pour l’Acier Allié
Applications de l’Acier Allié!
Figure 5 – Application de l’Acier Allié dans l’Industrie Automobile
L’acier allié est largement utilisé dans les secteurs de l’automobile, de la construction et de la production d’énergie en raison de sa résistance à la traction et à la limite d’élasticité plus élevées.
Il est nécessaire d’analyser les différentes utilisations des aciers alliés qui complètent leurs diverses propriétés, telles qu’une meilleure résistance à la corrosion que l’acier ordinaire.
· Automobile et Transport
Les véhicules plus légers consomment moins de carburant, ce qui réduit la consommation d’énergie et les émissions. Pour les véhicules haut de gamme, les aciers alliés résistent à l’usure.
Ils résistent également à l’usure due au frottement ou aux pièces soumises à une forte pression, ainsi qu’à certains types de corrosion, ce qui les rend adaptés à des composants tels que les blocs moteur, les axes de piston, les turbocompresseurs et les vilebrequins.
· Construction et Infrastructure
Les aciers alliés sont utilisés dans des projets de construction tels que des pipelines et des ponts, car ils peuvent résister à des conditions extrêmes telles que des hautes pressions.
L’acier à basse teneur en carbone à haute résistance (HSLA) est extrêmement résistant à la tension et convient parfaitement aux composants critiques en matière de sécurité, grâce à sa malléabilité qui lui permet d’être façonné en toute forme désirée.
· Production d’Énergie
Les grandes structures soumises à des températures et pressions élevées, telles que la production d’énergie à partir d’eau bouillante ou de chaudières à gaz, nécessitent l’utilisation de l’acier allié en raison de ses caractéristiques uniques.
Étant résistant à la chaleur et à la corrosion, il est largement utilisé dans les éléments chauffants et les chaudières, y compris les centrales nucléaires, les vannes, les brides et les turbines.
· Aérospatiale et Défense
L’acier allié est utilisé dans les produits aérospatiaux, tels que les satellites, les missiles et les composants d’aéronefs. Les alliages résistants à la chaleur sont parfaits pour les conditions à haute température.
Prévenir les dommages structurels dus à des environnements extrêmes est important dans l’industrie aérospatiale, en particulier en ce qui concerne leurs capacités.
· Produits de Consommation
Les bijoux en acier inoxydable sont sans corrosion et ont un excellent poli. Les contenants alimentaires, la vaisselle, les couteaux et les ciseaux bénéficient de l’acier allié.
Bien que le grade utilisé soit important, le processus de production crée également des sous-produits utiles tels que laitier pouvant être réutilisé ultérieurement.
Importance des normes et des certifications dans l’industrie de l’acier allié!
Les normes et les certifications sont cruciales pour les clients évaluant la qualité de l’acier allié, garantissant un engagement de la part des fabricants.
Elles garantissent également que les produits répondent à certaines exigences, y compris des critères de spécification normalisés internationaux ou industriels. Des critères tels que le grade, la composition chimique et les limitations des propriétés mécaniques sont pris en compte.
1. Aperçu des Normes Internationales Courantes
ASTM A1018/A1018M
Cette norme couvre une gamme complète d’options de produits sidérurgiques, notamment des produits de bobines à épaisseur élevée laminés à chaud présentant des caractéristiques de formage à froid. Les exigences en matière de densité pour l’acier à basse teneur en carbone à haute résistance sont également spécifiées.
AISI 4140
L’AISI 4140, largement utilisé par l’industrie aérospatiale pour des applications telles que des porte-outils et des outils de machine, implique un alliage à faible teneur en chrome, molybdène et manganèse.
En raison de sa résistance supérieure à des températures élevées, il est populaire dans les industries pétrolière et gazière, automobile et de la construction.
BS EN 10083-3
BS EN 10083-3 couvre les produits en acier allié trempé et revenu utilisés pour les forgés, tels que les barres et les forgés de diverses formes.
Les composants nécessitant une résistance à l’usure, une résistance ou une ductilité supérieures à des températures élevées utilisent cette norme.
SAE 4130
L’acier allié largement utilisé SAE 4130 offre une haute résistance à des températures élevées avec une composition nickel-chrome. Les applications comprennent les engrenages, les arbres et autres composants de transmission nécessitant une force supérieure.
AISI 316
L’acier inoxydable AISI 316 est excellent pour la résistance à la corrosion ou les propriétés résistant à l’eau douce et crée un produit ductile dans des conditions particulières.
2. Mesures de Contrôle de Qualité et Méthodes de Test pour l’Acier Allié
Test Spectromètre
Le test au spectromètre détermine la qualité et la teneur des éléments alliés dans les produits en acier en analysant des matériaux tels que des plaques ou des billettes qui sont utilisées avant de produire un produit ferreux à vendre.
Test de Particules Magnétiques
Des particules magnétiques sont appliquées à ce test qui inspecte les pièces pour les défauts de surface et peut détecter des anomalies telles que des fissures ou d’autres imperfections avec un taux de détection de haute précision.
Test de Radiographie
Le test de radiographie inspecte les soudures pour l’intégrité structurelle et est plus précis que d’autres inspections, permettant de visualiser des défauts profonds invisibles lors de l’inspection visuelle.
Test de Dureté
Une échelle Brinell ou Rockwell mesure la dureté des alliages. Des indentations sont créées pour mesurer la profondeur et la surface qui aident à déterminer les spécifications de résistance pour les composants. Des composants comme les engrenages ou les arbres nécessitent des surfaces dures mais ductiles.
Test d’Impact
Le test d’impact mesure la réponse du matériau à une force externe et est utilisé pour les tests de soudage, les pièces d’ingénierie ou les matériaux de plaque afin d’aider à déterminer la résistance du produit habituellement testée sous des températures variables.
Test de Microstructure
Le test de microstructure est de plus en plus populaire et est utilisé dans l’analyse des métaux ou alliages pour identifier la composition, les limites de grains et les caractéristiques de surface.
Test Métallographique
Un spécimen est monté dans un bain de gravure pour ce test afin d’observer sa structure et d’examiner la surface de métal ou d’alliage, ce qui permet d’évaluer les paramètres de performance.
Tests de Performance
Des tests comme le test de résistance à la corrosion et le test de rupture de contrainte sont utilisés. Des pièces spécifiques sont analysées dans des conditions simulées.
Conclusion
L’acier allié est un composant crucial dans la société d’aujourd’hui avec des utilisations allant des implants biomédicaux à l’industrie aérospatiale.
Les aciers alliés varient dans leur composition, permettant une gamme diversifiée de propriétés telles que la résistance à l’usure et à la chaleur qui dépendent de l’application désirée.
Les avancées rapides en technologie poussent à des produits meilleurs et plus durables qui resteront essentiels à l’avenir.
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