Indentation en acier inoxydable
L'acier inoxydable est principalement utilisé pour sa résistance à la corrosion, mais sa durabilité et sa dureté en font un matériau extrêmement polyvalent. La dureté de l'acier inoxydable détermine de nombreuses applications potentielles.
Barres en acier inoxydable
Les applications de l'acier s'étendent des composants industriels aux produits de consommation, en passant par les pièces automobiles et la construction de ponts. Les aciers inoxydables sont classés selon leur composition et leur dureté.
Dans cet article, vous découvrirez la dureté de l'acier inoxydable et les facteurs affectant la dureté de l'acier inoxydable en mettant l'accent sur l'amélioration de la dureté.
Qu'est-ce que la dureté ?
Perçage fraisé dans un échantillon d'acier
La dureté est la capacité d'un matériau à résister à toute déformation plastique localisée, aux rayures et aux indentations lorsqu'il est soumis à une charge. Pour l'acier inoxydable, la dureté est une propriété mécanique qui affecte la résistance à l'usure, la résistance mécanique et l'usinabilité du matériau.
La dureté du matériau est déterminée par un essai d'indentation, et la résistance à la pénétration est mesurée à l'aide d'un outil prédéfini. La dureté peut être quantifiée à l'aide d'échelles de dureté.
La dureté de l'acier inoxydable varie considérablement en fonction de la composition de l'alliage, du traitement thermique et des méthodes de formage.
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Comment mesure-t-on la dureté de l’acier ?
Il existe des méthodes normalisées pour tester la dureté de l'acier inoxydable. Ces tests mesurent la résistance de l'acier inoxydable à l'empreinte d'un outil en forme de diamant ou de bille.
Test de dureté Rockwell
Testeur de dureté Rockwell
L'essai de dureté Rockwell utilise une charge et une forme d'outil spécifiques. Deux échelles de mesure Rockwell sont couramment utilisées pour l'acier inoxydable : Rockwell C (HRC), et Rockwell B (HRB).
La différence entre HRB et HRC réside dans la dureté de l'acier inoxydable. HRB est pour les aciers plus doux. nuances d'alliages d'acier inoxydable, et le HRC est principalement utilisé pour les nuances d'acier inoxydable plus dures comme l'acier martensitique.
Les essais Rockwell utilisent une faible charge pour positionner le pénétrateur, puis une charge plus importante pour le forcer à pénétrer dans l'acier inoxydable. En utilisant des nuances martensitiques comme le 420, par exemple, on obtient une valeur HRC de 50 ou plus, tandis que l'acier inoxydable 304 se situe dans la plage Rockwell B de 70 à 90.
Essai de dureté Brinell
Test de dureté Brinell
L'essai de dureté Brinell mesure le diamètre d'une empreinte. L'outil utilisé est une bille d'empreinte ronde en acier trempé ; les testeurs modernes utilisent des billes en carbure de tungstène. L'essai de dureté Brinell est idéal pour les aciers inoxydables plus tendres.
L'échelle Brinell utilise des valeurs HB ; par exemple, un acier inoxydable austénitique peut avoir une valeur HB comprise entre 150 et 200 HB. Elle n'est pas idéale pour les matériaux durs, mais elle peut être utilisée pour les matériaux tendres et sur une plus grande variété de matériaux.
Test de dureté Vickers
Essai de Vickers
L'essai Vickers utilise un pénétrateur en diamant de forme pyramidale pour créer une empreinte sous une charge contrôlée. L'essai de dureté Vickers utilise les unités Vickers (HV). Cet essai convient aux aciers inoxydables doux et durs.
Il peut être utilisé sur l'acier inoxydable trempé et fournit des mesures précises. Par exemple, il peut être utilisé sur les aciers inoxydables durcis par précipitation présentant une valeur supérieure à 300 HV, signe d'une résistance élevée.
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Facteurs affectant la dureté de l'acier inoxydable
La dureté de l’acier inoxydable est affectée par de nombreux facteurs, de sa composition au traitement thermique et aux méthodes de post-traitement.
Composition
La composition chimique est le principal facteur de différenciation affectant la dureté de l'acier inoxydable. L'acier inoxydable est composé de fer et de carbone, avec des éléments d'alliage secondaires comme le chrome, le nickel et le molybdène.
Le chrome est présent en quantités comprises entre 10.5 % et 30 % et est principalement ajouté pour ses propriétés de résistance à la corrosion. Il forme une couche d'oxyde qui offre une protection à l'acier inoxydable.
Le nickel est couramment présent dans les nuances 304 et 316 et est utilisé pour améliorer la ductilité. Le facteur déterminant de la dureté de l'acier inoxydable est la quantité de carbone présente dans l'alliage.
Structure des grains
Structure des grains des alliages métalliques
La microstructure de l’acier inoxydable change en raison des éléments d’alliage et du traitement de l’acier.
- Acier inoxydable austénitique: Les nuances d'acier inoxydable 304 et 316 présentent une structure cubique à faces centrées (FCC). Elles offrent d'excellentes propriétés résistance à la corrosion mais une dureté inférieure en raison de leur ductilité. Ces aciers inoxydables FCC ne peuvent pas être durcis par traitement thermique, mais peuvent subir un écrouissage.
- Acier inoxydable martensitique : Les nuances comme 410 et 420 présentent une structure quadratique centrée. Cela signifie que l'acier inoxydable martensitique peut être durci par des traitements thermiques tels que la trempe et le revenu.
- Acier trempé par précipitation : Ces alliages atteignent une résistance et une dureté élevées grâce à durcissement par précipitationLa méthode introduit des précipités après traitement thermique.
Traitement thermique
Le traitement thermique est un procédé qui modifie la dureté de l'acier inoxydable. Pour les aciers martensitiques et les aciers à durcissement par précipitation, c'est la méthode idéale pour améliorer la dureté.
Lors du traitement thermique, la trempe consiste à refroidir rapidement l'acier inoxydable à haute température afin de fixer la structure durcie dans le réseau. La trempe de l'acier inoxydable réduit sa fragilité tout en préservant sa dureté.
Les nuances austénitiques comme 304 et 316, qui sont courantes dans Usinage CNC de l'acier inoxydable, ne sont pas durcissables par traitement thermique ; ils sont plutôt renforcés par écrouissage.
Processus de formation
Les procédés de formage sont des procédés mécaniques qui façonnent l'acier inoxydable pour obtenir le composant souhaité. La déformation mécanique peut également renforcer et durcir l'acier.
Fonctionnement à froid
Les procédés de travail à froid sont le laminage, l'étirage ou le pliage (courants dans la fabrication de tôles en acier inoxydable) à température ambiante, qui peuvent durcir les nuances d'acier inoxydable austénitique comme le 304 et le 316.
Travail à chaud
Le travail à chaud effectué à haute température présente de nombreux avantages, notamment une réduction de la dureté en permettant la recristallisation et la relaxation des contraintes dans la microstructure de l'acier inoxydable.
Forger
Le forgeage façonne l'acier inoxydable sous des pressions et des charges élevées. Le forgeage des aciers inoxydables martensitiques, suivi d'un traitement thermique, peut améliorer la dureté. Pour les aciers inoxydables austénitiques, il n'apporte qu'un écrouissage modéré.
Types d'acier inoxydable et leur dureté
Les différents types d'acier inoxydable varient en termes de dureté en raison de leur formage, de leur composition, de leur microstructure et de leurs propriétés mécaniques. propriétés de l'acier inoxydableLes aciers inoxydables les plus courants présentent une simple variation de composition chimique, mais cela modifie leur application principale.
Acier inoxydable 304 : propriétés et dureté
L'acier inoxydable 304 de la série 300 contient 18 % de chrome et 8 % de nickel. On l'appelle aussi Acier inoxydable 18-8 Il est reconnu pour son excellente résistance à la corrosion et son excellente usinabilité. Sa dureté est relativement faible par rapport aux autres aciers inoxydables.
La dureté de l'acier inoxydable 304 varie de 70 à 90 Rockwell B ou de 150 à 200 sur l'échelle Brinell. Il est largement utilisé dans les équipements chimiques et agroalimentaires en raison de sa résistance à la corrosion.
Acier inoxydable 316 : résistance à la corrosion et dureté améliorées
Propriétés des pièces en acier inoxydable 316L
L'acier inoxydable 316 est une autre nuance austénitique de la série 300 qui contient 2 à 3 % de molybdène pour la résistance à la corrosion, en particulier pour les environnements marins et chlorés.
Le 316 se situe entre 70 et 90 sur l'échelle Rockwell B. Il est principalement utilisé sur les bateaux, en milieu marin et dans les dispositifs médicaux. On l'appelle aussi acier chirurgical en raison de son utilisation dans les instruments chirurgicaux.
Acier inoxydable 420 : applications à haute dureté
L'acier inoxydable martensitique 420 a une teneur en carbone plus élevée, ce qui lui confère une dureté plus élevée grâce au traitement thermique. Le 420 peut atteindre une dureté de 50 à 55 sur l'échelle Rockwell C.
Sa dureté supérieure lui confère une meilleure résistance à l'usure et est idéale pour les instruments chirurgicaux et les valves. Cependant, sa résistance à la corrosion est bien inférieure à celle des aciers inoxydables 316 et 304.
Acier inoxydable 410 : équilibre entre dureté et ténacité
L'acier inoxydable 410 est également un acier inoxydable martensitique, plus faible en carbone que le 420 et d'une dureté modérée. Son HRC après traitement thermique est compris entre 30 et 40. Il offre un équilibre parfait entre résistance à la corrosion et durcissement.
Améliorer la dureté de l'acier inoxydable
Les fabricants de métaux utilisent plusieurs méthodes pour améliorer la dureté de l’acier inoxydable.
- Traitement thermique: Pour les nuances martensitiques telles que 410 et 420, la trempe et le revenu peuvent améliorer considérablement la dureté pour former une structure martensitique dure, tandis que le revenu réduit la fragilité.
- Durcissement : Le travail à froid des nuances austénitiques augmente leur dureté et leur résistance à la traction.
- Précipitation: Les aciers inoxydables durcis par précipitation forment des précipités après traitement thermique pour améliorer la résistance et la dureté sans sacrifier la résistance à la corrosion.
- Alliage : L'augmentation de la teneur en carbone de l'acier inoxydable peut immédiatement le rendre plus dur et plus résistant à l'usure.acier au carbone et aciers inoxydables ont des résistances radicalement différentes. L'utilisation du molybdène peut également produire le même effet.
Conclusion
La dureté de l'acier inoxydable est l'une des propriétés les plus importantes qui déterminent son application et son adéquation. Comprendre les facteurs qui influencent la dureté, comme la composition chimique, la structure du grain, le traitement thermique et le formage, peut vous aider à choisir la nuance d'acier inoxydable appropriée.
Des techniques comme le traitement thermique peuvent améliorer la dureté de l'acier inoxydable ; cependant, vous devez être prudent avec la microstructure et les éléments d'alliage de l'acier inoxydable, car certaines méthodes de traitement thermique ne fonctionnent pas sur certaines nuances d'acier inoxydable.
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QFP
Quelle est la dureté de l'acier inoxydable 304 ?
La dureté de l'acier inoxydable 304 est de 70 à 90 sur le Rockwell B. Cette plage est due aux méthodes d'écrouissage qui peuvent introduire des variations dans la dureté.
Qu'est-ce qui est le plus dur, l'acier inoxydable 304 ou 316 ?
Les aciers inoxydables 304 et 316 ont une dureté similaire, comprise entre 70 et 90 HRB. Cependant, l'acier inoxydable 304 est généralement plus dur.
L'acier inoxydable 304 est-il dur ou mou ?
L'acier inoxydable 304 est un acier doux à faible teneur en carbone et mesure 70 à 90 sur le HRB.
Comment l’acier inoxydable est-il durci ?
L'acier inoxydable peut être durci par des méthodes telles que le traitement thermique, l'écrouissage ou le durcissement par précipitation. La méthode utilisée dépend en grande partie de la microstructure de l'acier inoxydable.
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