Classification des aciers
Les nuances d’acier sont classées en groupe selon leurs propriétés et/ou leur champ d’application privilégié.
Acier
L’acier désigne tout alliage métallique dont l’élément principal est le fer et dont la teneur massique en carbone C est inférieure à 2 %. Les deux groupes principaux d’aciers sont les aciers de qualité et les aciers spéciaux. Selon la combinaison des éléments d’alliage, le caractère d’un acier peut varier très fortement : très doux et particulièrement malléable ou au contraire dur et plutôt cassable.
Les Propriétés d’usage
Les propriétés d’usage d’un acier sont définies par les éléments d’alliage en combinaison avec un traitement thermique adéquat ce qui explique la largeur, importante, du spectre des applications possibles: très doux et particulièrement malléable (par ex. fer blanc pour les boîtes de conserve) ou au contraire dur et plutôt cassable (par ex. acier trempant pour des couteaux industriels). Les développements modernes tendent à fabriquer un acier dur et tenace, par ex. en guise de contribution à la construction légère de machines.
Acier de qualité
Les aciers de qualité désignent tous les aciers alliés et non alliés qui sont classés par les numéros de groupes d’acier 1.00xx jusqu’à 1.09xx. Ils possèdent en général très peu de propriétés définies, parmi lesquelles par ex. une limite d’élasticité minimale pour un acier de construction: 1.0570 / AFNOR E36-3 avec une limite d’élasticité d’au moins 355 Mpa.
Acier Spéciaux
Les aciers spéciaux désignent les aciers non alliés et alliés qui sont classés par les numéros de groupe d’acier de 1.1xxx à 1.89xx. Ils possèdent en général un degré de pureté plus élevé et se caractérisent par des teneurs assez faibles en phosphore et en soufre. Par définition, tous les aciers à outils, rapides ou nitrurables sont des aciers spéciaux.
Aciers á outils non alliés
Dans les aciers à outils non alliés, la teneur respective des différents éléments d’alliage reste inférieure à une limite spécifique conformément à la norme DIN 10 020. Ils sont tout d’abord définis par une teneur en carbone comprise entre 0,40 – 1,40 %. Après un traitement thermique précis, ils se caractérisent par une grande dureté de surface, une haute résistance à l’usure et une bonne capacité de coupe avec un cœur ductile (trempe de surface). Ils sont utilisés pour des outils simples, soumis à des contraintes plutôt faibles. Une fois soumis à un traitement thermique, ils peuvent être utilisés à des températures de travail allant jusqu’à 200 °C. Ex.: 1.1730 / AFNOR XC48.
Aciers à outils alliés
Les aciers à outils alliés ont des propriétés résultant d’une teneur d’au moins un des éléments d’alliage supérieure à une limite spécifique conformément à la norme DIN 10 020. Du coup, il devient possible d’avoir une bonne acceptation de trempe (selon l’alliage également une bonne trempabilité à cœur sur toute la section), une haute résistance à l’usure et/ou une haute ténacité, ce qui rend ces aciers utilisables dans le travail ou la transformation de matériaux comme la tôle ou les matières plastiques. Selon leur température de travail, on distingue les aciers de travail à froid (températures de travail constantes jusqu’à 200 °C), des aciers de travail à chaud (températures de travail constantes > 200 °C) et des aciers rapides (températures de travail constantes jusqu’à 600 °C). Il existe encore une autre distinction, non fondée sur la température mais sur l’application à laquelle on destine l’acier: c’est l’acier pour moulage plastique. Là, les caractéristiques d’un acier répondent aux contraintes du travail du plastique. A priori, tous les aciers à outils et tous les aciers spéciaux de construction habituels.
Aciers pour travail à froid
C’est sur la base d’aciers alliés pour travail à froid que l’on fabrique des outils aussi bien pour l’usinage (par ex. de coupe) que pour le travail sans copeaux (par ex. la frappe) pour des températures allant jusqu’à 200 °C. Ils doivent être suffisamment ductiles et résistants à la pression, tout en présentant une haute résistance à l’usure. Les propriétés sont obtenues par la combinaison précise des éléments d’alliage: une teneur en chrome élevée engendre des carbures durs qui améliorent la résistance à l’usure. L’addition de molybdène, vanadium et tungstène peut parfaire cette propriété. Il est préférable que les aciers de travail à froid soient aisés à travailler et aient le moins possible de variations dimensionnelles après le traitement thermique. Exemple: 1.2842 / AFNOR 90MCV8.
Aciers pour travail à chaud
C’est sur la base d’aciers alliés pour travail à chaud que l’on fabrique des outils qui conviennent certes pour le travail à froid jusqu’à 200 °C (par exemple outils de coupe, armatures), mais aussi l’alliage utilisé permet un travail à des températures constantes supérieures à 200 °C (par ex. forge, laminage à chaud ou cisailles à chaud). Ces aciers présentent une haute ténacité et une haute résistance à la chaleur et à l’usure, aux variations thermiques, ainsi qu’une haute résistance au revenu. Les éléments d’alliage essentiels sont, en plus de ceux présents dans les aciers de travail à froid, le nickel, le molybdène et le cobalt. Exemple: 1.2343.
Aciers rapides
Les aciers rapides sont avant tout utilisés pour les outils devant fournir de très hautes vitesses de coupe (par ex. fraises). Ils sont fortement alliés (avec des éléments générateurs de carbures comme le chrome, le molybdène, le tungstène et le vanadium ou le cobalt pour des contraintes thermiques particulières) et, contrairement aux aciers faiblement alliés, permettent d’obtenir une vitesse de coupe pouvant être jusqu’à dix fois plus élevée car ils présentent une très haute résistance à la chaleur, à l’usure, une remarquable stabilité au revenu ainsi qu’une haute dureté calorique (dureté incandescente). On les appelle aussi aciers HSS (High Speed Steel). Exemple: 1.3343 / AFNOR HS6-5-2C.
Aciers pour moulage plastique
L’acier pour moulage plastique désigne une catégorie d’acier dont les caractéristiques permettent non seulement le travail à froid ou celui à chaud mais, de plus, l’intégration dans les processus de transformation du plastique. Comme les contraintes sont très variées, bon nombre d’aciers à outils et d’aciers spéciaux de construction disponibles sont utilisés pour la fabrication de pièces en plastique. Là, on distingue les outils pour injection (le plastique durcit dans l’outil, par exemple dans un moule) et les outils pour coulée (dans ce cas, l’acier est en contact continu avec du plastique liquide, par exemple des outils d’extrusion). Les aciers pour moulage plastique doivent être très polissables (haut degré de pureté) en raison de la très haute qualité requise pour la surface du produit fini, résistants à la chaleur, à la pression et à l’usure. Pour la transformation des produits en PVC, ils doivent être également résistants à la corrosion (rouille et acide). Exemple: 1.2316 / AFNOR Z35CD17.
Aciers Inoxydables, résistants à la corrosion
Les aciers résistants à la corrosion ont en général une teneur élevée en chrome (au moins 12 %), par ex. 1.2083 / AFNOR Z40C14. Ils ne garantissent pas forcément l’absence totale de rouille mais empêchent tout au moins les attaques de rouille problématiques d’un point de vue technique. Les plus performants sont les aciers résistants à l’acide qui ont une teneur en nickel d’au moins 8 %, par ex. : 1.4301 / AFNOR Z5CN18-9. Les aciers inoxydables et résistants à la corrosion trouvent en général leurs applications dans l’agro-alimentaire et dans la chimie. Selon la constellation d’alliage, on aura un type d’acier martensitique (1.2316 / AFNOR Z35CD17, magnétisable) ou aussi austénitique (1.4301 / AFNOR Z5CN18-9, non magnétisable).
Aciers de Cémentation
Les aciers de cémentation sont non alliés à moyennement alliés, avec en général moins de 0,25 % de carbone. À des températures > 920 °C se produit un enrichissement en carbone (carbonisation) par ex. par le biais de poudres ou granulés, de gaz ou de bain de sel. Le carbone se diffuse dans la couche superficielle de la pièce jusqu’à une profondeur de 1,5 – 2 mm. Après la cémentation, l’on procède à la combinaison et la mise en oeuvre de différents types de traitements de trempe prenant en considération le fait que doivent être choisies des températures de trempe différentes respectant les teneurs divergentes en carbone du cœur et de la surface. Les aciers de cémentation atteignent des duretés superficielles allant jusqu’à 62 HRC, alors que la dureté au cœur est déterminée par les teneurs de l’alliage. Exemple: 1.7131 / AFNOR 16MC5, 1.2162 / AFNOR 21MC5.
Aciers de Traitement
Les aciers de traitement (traiter: trempe et revenu) sont des aciers non alliés et alliés, ayant en général une teneur en carbone comprise entre 0,25 et 0,60 %, particulièrement adaptés à la trempe et affichant des caractéristiques mécaniques précises après le revenu (par ex. une résistance à la traction souhaitée avec une bonne ténacité, qui ne pourrait pas être atteinte en l’état recuit normal). Parfois l’état de livraison est recuit et l’acier sera traité à dessein (par ex. 1.1730 / AFNOR XC48), ou bien l’acier est livré en tant que “prétraité” à l’état déjà traité (Quenched and Tempered, “QT”) (ex.: 1.2312 / AFNOR 40CMD8+S).
