Meilleur acier pour l'usinage : guide de sélection des matériaux

L'acier est un alliage de fer mélangé à d'autres éléments comme le carbone, le nickel, le manganèse, etc., pour ajuster les propriétés en fonction des besoins. Comme il existe de nombreuses compositions et variations d'alliages, il est souvent difficile de choisir le bon meilleur acier pour l'usinage qui correspond parfaitement aux exigences de votre application. La compréhension des différents types d'aciers et de leurs nuances d'alliage aide à prendre cette décision. 

Cet article traitera de l'acier au carbone, de l'acier doux, de l'acier inoxydable et d'autres types. Nous aborderons également les nuances d'usinage CNC et l'usinabilité de l'acier. 

Commençons.

Les aciers comme matériaux d'usinage CNC 

Il ya plusieurs Matériaux d'usinage CNC, chacun avec des caractéristiques et des propriétés d'usinage différentes, notamment l'acier, l'aluminium, le cuivre, l'acrylique, l'ABS et la fibre de carbone. Cependant, l'acier est un métal d'usinage CNC populaire, apprécié pour sa résistance, sa durabilité et sa polyvalence. 

Des barres d'acier 

Tous les matériaux CNC ont leurs propres avantages et préférences d'application, vous pouvez vérifier plus en détail les options de matériaux sur Page de matériel de ProleanTech en détail. 

Voici les principales propriétés des aciers d’usinage :

• Haute résistance à la traction
• Capacité de fonctionnement à température élevée 
• Finition de surface facile
• Manipulation à haut stress 
• L'usinabilité varie selon les nuances d'acier 

De plus, la sélection du meilleur alliage d’acier pour l’usinage consiste à équilibrer l’usinabilité avec l’ensemble de propriétés souhaité pour l’application prévue.

Les fondamentaux de la série sur les alliages d'acier 

Commençons par comprendre les séries et les nuances d'alliages d'acier avant de discuter en détail des types d'acier. Les séries d'alliages sont des normes internationales définissant des compositions d'alliage particulières. 

L'AISI normalise les nuances d'acier au carbone, d'acier allié et d'acier inoxydable. Les aciers à outils suivent des nuances de lettres telles que A, D et S. 

• AISI 10XX : Aciers au carbone 
• AISI 41XX et 43XX : Aciers alliés 
• AISI 3XX : Aciers inoxydables 

Alors que les ingénieurs choisissent le meilleur acier pour l'usinage, les types d'acier servent de catégorie générale, tandis qu'une série définit plus en détail la composition et les propriétés du même type. Dans les prochaines élaborations de types d'acier, nous utiliserons différentes séries et nuances sous-jacentes.

Aciers au carbone pour l'usinage CNC 

Propriétés de l'acier au carbone 

Ces aciers se caractérisent par une teneur en carbone dans l'alliage comprise entre 0.05 et 2.5 %. Les aciers au carbone sont utilisés dans les projets d'usinage CNC en raison de leurs propriétés et de leur prix abordable. Cependant, l'usinabilité diminue à mesure que la teneur en carbone augmente.  

D'autres éléments présents dans les alliages d'acier au carbone sont présents, ainsi que d'autres constituants tels que le manganèse (0.25 %), le silicone, le soufre et le phosphore dans une proportion mineure.

Tiges en acier au carbone 

Ils sont eux-mêmes divisés en trois catégories : aciers à faible teneur en carbone (acier doux), aciers à teneur moyenne en carbone et aciers à haute teneur en carbone ;

Aciers à faible teneur en carbone/doux 

L'acier doux ou à faible teneur en carbone contient entre 0.05 et 0.25 % de carbone et est principalement utilisé dans les applications structurelles. Bien qu'ils soient plus sujets à la corrosion, un traitement thermique et un revêtement de surface peuvent être appliqués pour éviter ce phénomène.

Fixations en acier doux 

Les aciers doux offrent une bonne résistance mécanique, une bonne ductilité et une bonne usinabilité. Par conséquent, ils sont plus adaptés aux joints soudés que les autres types. 

Le tableau ci-dessous compare les propriétés d’usinage de l’acier des nuances d’acier à faible teneur en carbone. 

L'AISI 1018 est souvent considéré comme le meilleur acier doux pour l'usinage en raison de son excellente usinabilité et de sa polyvalence. Cependant, le choix entre 1018, A36 et 1045 doit être basé sur des exigences spécifiques pour l'utilisation finale. 

Aciers à teneur moyenne en carbone 

La teneur en carbone est légèrement plus élevée dans les aciers à carbone moyen, de 0.3 à 0.6 % de C. D'autres éléments comme le manganèse (jusqu'à 1.6 %), le chrome et le molybdène sont également présents dans ces aciers. Le pourcentage plus élevé de carbone améliore la dureté de surface et la résistance à l'usure. Pour les protéger de la rouille, ils peuvent être recouverts d'un matériau protecteur ou traités à chaud.

AISI 1045

Cette nuance d'alliage à teneur moyenne en carbone contient environ 0.45 % de carbone, présente une bonne résistance et est facilement soudable. Elle est également résistante et convient à de nombreuses applications à hautes performances, essieux, arbres, etc. Cependant, elle est moins adaptée au traitement thermique et aux applications nécessitant une résistance à la traction élevée.

AISI 1060 

Le pourcentage de carbone plus élevé augmente la résistance à l'usure mais rend également l'alliage plus cassant. L'usinabilité est légèrement inférieure à celle du 1045 ou des alliages à faible teneur en carbone, alors qu'un recuit avant l'usinage peut aider à résoudre ce problème.

 AISI 1144 

L'acier 1144 est également connu sous le nom d'acier d'usinage sans contrainte, la teneur en soufre relativement plus élevée que celle des autres alliages à teneur moyenne en carbone le rend facilement usinable. 

Aciers à haute teneur en carbone 

La teneur en carbone augmente jusqu'à 2 % dans les alliages à haute teneur en carbone, généralement 0.6 à 1.25 % de carbone dans les nuances d'usinage. Cependant, la teneur en manganèse est réduite dans la plage de 0.3 à 0.9 %. Le pourcentage de carbone plus élevé augmente la dureté et la ténacité, augmentant ainsi la résistance à l'usure et à l'abrasion. La quantité de carbone plus élevée augmente également la fragilité, ce qui les rend difficiles à mettre en forme et présente un risque de fracture sous contrainte. 

AISI 1075

Cette nuance à haute teneur en carbone comprend 0.7 à 0.8 % de C, 0.5 à 0.7 % de manganèse et d'autres éléments d'alliage, offrant à la fois dureté et ténacité. Par conséquent, vous pouvez également les traiter thermiquement par trempe ou recuit pour ajuster les propriétés. 

AISI 1080 

La teneur en carbone d'environ 0.80 % de l'AISI 1080 offre une résistance mécanique et une résistance à l'abrasion encore meilleures. Cette nuance est généralement utilisée dans la fabrication de ressorts, de fils et d'outils de coupe pour l'automobile.

Comparé aux propriétés d'usinage de l'acier d'autres alliages de carbone, il est plus difficile à usiner. Cependant, le traitement thermique peut contrer la fragilité. 

Aciers alliés pour l'usinage CNC 

Propriétés de l'acier allié 

La principale différence entre acier allié vs acier au carbone est la quantité d'éléments supplémentaires autres que le carbone. Les aciers au carbone sont principalement définis par le pourcentage de carbone, tandis que l'acier allié contient d'autres éléments comme le chrome, le nickel ou le molybdène dans des proportions plus élevées. Ce métal améliore la résistance, la ténacité et la résistance à la corrosion.

Alliage d'acier

En fonction du pourcentage d'éléments d'alliage (à l'exception du fer et du carbone), les aciers alliés sont classés en aciers fortement alliés et en aciers faiblement alliés. Les aciers fortement alliés contiennent plus de 8 % en poids total d'éléments d'alliage. 

Lors de l'usinage, les éléments suivants nuances d'acier allié sont les plus courantes ;

AISI 4140

Pièces en acier allié 4140 

En plus de 0.40 % de carbone, il contient environ 1 % de chrome et 0.15 à 0.25 % de molybdène. Cette nuance offre une bonne résistance à la fatigue et à la solidité. Les applications d'usinage courantes de l'acier allié 410 sont la quincaillerie de machines, l'outillage, les engrenages automobiles, les arbres, etc.

AISI 4340 

Pièce personnalisée en acier allié 4340

L'acier 4340 est un acier faiblement allié contenant une composition de nickel supplémentaire par rapport au 4140. Le nickel confère ténacité et résistance aux chocs. De plus, il présente un rapport résistance/poids relativement élevé et convient aux pièces hautes performances. 

Aciers inoxydables pour l'usinage CNC 

Propriétés de l'acier inoxydable

Les principaux inconvénients des aciers au carbone sont le risque de formation de rouille et le poids plus élevé. Les aciers inoxydables répondent à ces aspects en incluant une plus grande quantité de chrome et d'autres éléments en petites quantités. Par conséquent, ils offrent également une meilleure stabilité thermique. 

Barres en acier inoxydable 

La composition standard de l'acier inoxydable est de 10.5 à 30 % de chrome, de 0.10 à 0.35 % de nickel, de molybdène, de silicium et de phosphore. Un pourcentage de chrome plus élevé dans l'acier inoxydable entraîne la formation d'une couche d'oxyde protectrice contre la corrosion lorsqu'il entre en contact avec l'oxygène.

Voici les éléments courants usinage de l'acier inoxydable notes; 

AISI 304

L'acier inoxydable 303 est l'une des nuances les plus courantes et les plus économiques. Il est non magnétique et possède une grande usinabilité. La teneur en chrome est de 17 %, celle en nickel de 8 % et celle en carbone de 0.08 % maximum, tandis que les inclusions de soufre et de phosphore facilitent l'enlèvement de matière pendant l'usinage. Cet acier inoxydable austénitique convient à une large gamme d'articles usinés, de la transformation des aliments aux composants d'appareils médicaux. 

AISI 302

La principale différence entre l'acier inoxydable 302 et l'acier inoxydable 304 réside dans la teneur en carbone. L'alliage 302 contient une quantité de carbone plus élevée, soit 0.15 %, tandis que le chrome et le nickel représentent respectivement 17 % et 8 %. Il offre également une résistance mécanique supérieure à celle des aciers inoxydables 303 et 304. Bien que sa résistance ait augmenté, l'acier inoxydable 302 est relativement plus lent et moins usinable si l'on compare l'usinabilité de l'acier inoxydable 302 et 304. 

AISI 430

Il s'agit d'un acier ferritique qui offre une meilleure formabilité et une meilleure conductivité thermique que les nuances austénitiques. Le carbone atteint jusqu'à 0.12 % et le chrome environ 17 %. Par conséquent, cette nuance est moins résistante à la corrosion que les autres, mais empêche néanmoins la rouille dans l'acide nitrique, la transformation des produits laitiers, les conditions très humides et difficiles. De plus, la quantité accrue de soufre dans l'acier inoxydable 430F peut être la meilleure pour les opérations d'usinage CNC. 

AISI 316 

Il résiste mieux à la corrosion que les autres alliages (302 et 304), y compris dans des conditions de chlorure. Par conséquent, l'inox 316 ne perd pas ses propriétés physiques et mécaniques à température élevée. Les utilisations courantes de son usinage sont les systèmes de traitement de l'eau, les équipements marins, pétroliers et gaziers et les composants de traitement chimique. 

Aciers à outils pour l'usinage CNC 

Applications de l'acier à outils

Comme leur nom l'indique, les aciers à outils sont des aciers trempés (traités thermiquement) principalement utilisés pour les applications de matrices, de moules et d'outillage. Bien qu'ils soient résistants et durs, ils présentent un niveau d'usinabilité considérable. Vous pouvez également suivre un traitement de recuit pour le rendre plus ductile et usinable.

Les nuances d’acier pour outils d’usinage sont : 

• Acier inoxydable O1: Une nuance d'acier à outils trempée à l'huile, qui est facilement usinable par rapport aux autres nuances trempées.
• AISI D2 : Un acier à outils à haute teneur en carbone utilisé pour l'outillage dur comme les matrices et les fraises de moulage permanentes. 
• AISI A2: Il s'agit d'un acier à outils trempé à l'air et destiné au travail à froid qui offre une combinaison de résistance à l'usure et de ténacité.  
• AISI M2: Cet acier rapide conserve sa dureté à des températures élevées. Il est idéal pour les outils de coupe qui fonctionnent à des vitesses élevées, comme les forets CNC. 

De plus, une attention particulière doit être portée au choix des outils CNC et du revêtement adéquats lors de l'usinage de ces types de fraises, par exemple les fraises HSS et les fraises en carbure. 

Aciers d'usinage CNC : où sont-ils utilisés ?

Les différences de propriétés physiques, mécaniques et chimiques rendent chaque type d'acier adapté à certaines applications spécifiques. Voyons où l'usinage CMC des aciers au carbone, alliés, inoxydables et à outils est utilisé. 

« Vous pouvez également lire la comparaison de l'usinage de l'acier avec les alliages de titane ici dans cet article » usinage du titane ou de l'acier; une comparaison détaillée des propriétés d’usinage et des utilisations. »

Considérations pour choisir le meilleur acier pour l'usinage 

L'un des facteurs décisifs dans l'usinage de l'acier est la précision lors du choix de l'acier pour obtenir des performances maximales, un faible coût et une efficacité accrue. Voici quelques-uns des facteurs à prendre en compte lors de ce choix :

Usinabilité et autres propriétés d'usinage de l'acier

L'usinabilité de l'acier est un aspect très important pour la production d'acier et l'efficacité des outils. En d'autres termes, les aciers séparables possèdent une usinabilité élevée, nécessitant ainsi une force de coupe moindre, subissant moins de chaleur et produisant des surfaces plus lisses. Par exemple, l'acier contenant du soufre et du plomb est plus favorable. Ils augmentent l'usinabilité en réduisant les forces de coupe requises et en facilitant la formation de copeaux.

Propriétés physiques et mécaniques

Lorsqu'une application particulière est concernée, il est nécessaire de prendre en compte certaines propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, la ductilité et la dureté. D'autres considérations de ce type incluent la charge attendue sur les pièces, l'environnement thermique et chimique et la durée de vie souhaitée.

Exigences de finition de surface

Pour faire un bon choix, il faut tenir compte de la finition souhaitée. Choisissez une norme acceptable à la fois pour la catégorie de fonctionnalité et pour la catégorie esthétique. En général, les matériaux ayant des propriétés d'usinabilité élevées permettent d'obtenir de meilleures surfaces, ce qui contribue à réduire les processus de finition supplémentaires.

Coût matériel

Ensuite, les coûts des matériaux peuvent fluctuer de manière significative. Par exemple, l'acier haute performance peut être cher tout en offrant des qualités intéressantes. Pour déterminer la rentabilité d'un alliage d'acier particulier, il faut évaluer le coût d'obtention et les économies réalisées grâce à la réduction des temps d'arrêt des machines et de l'usure des outils.

Fiabilité de la chaîne d'approvisionnement

La fiabilité d'une chaîne d'approvisionnement fait référence à la rapidité et à la fiabilité de la livraison des matériaux. Votre fournisseur peut-il respecter la quantité et les délais prévus ? Les systèmes fiables ont tendance à avoir le moins de retards, de ruptures de stock et de problèmes de qualité. Par la suite, ils réagissent également plus rapidement aux incidents inattendus.

Cohérence des matériaux

La qualité des matières premières utilisées dans les processus de fabrication doit être constante. La constance améliore la qualité du produit final usiné et réduit les défauts. Ainsi, avant de faire votre choix, vous devez également vérifier quel acier offre une constance de qualité.

Conclusion : faire le bon choix 

Si l'on considère simplement la facilité d'usinage, l'acier doux 1020 est le meilleur acier pour l'usinage. Cependant, le choix dépend fortement des exigences de l'application. L'acier 1020 peut être facile à usiner, mais il peut manquer de résistance, de dureté, de durabilité et d'autres propriétés requises. 

Chez ProleanTech, nous pouvons vous aider à trouver la meilleure nuance d'acier pour votre projet et à la convertir dans la forme souhaitée. Services d'usinage CNC comprennent le fraisage, le tournage, le perçage, le taraudage et bien d’autres encore.

Que vous ayez besoin de pièces d'usinage en acier pour le prototypage ou la production à grande échelle, nos spécialistes des matériaux et nos ingénieurs industriels peuvent répondre à vos attentes en matière de qualité et de précision. Alors, envoyez-nous votre dessin pour usinage de l'acier sur mesure pièces aujourd'hui! 

FAQ

Quels sont les aciers d’usinage les plus courants ? 

Les aciers tels que 1018,1020, 1035, 12 et 14LXNUMX sont des nuances d’alliages d’acier courantes dans les projets d’usinage.

Quel est l’acier inoxydable le plus facile à usiner ?

Les aciers inoxydables 302 et 304 sont facilement usinables par rapport aux nuances d'acier inoxydable. La teneur en soufre relativement plus élevée améliore la fragmentation des copeaux et réduit les frottements.

L’acier est-il plus difficile à usiner que l’aluminium ? 

Oui, l'acier est généralement plus difficile à usiner que l'aluminium en raison de sa résistance, de sa densité et de sa ténacité plus élevées. En revanche, l'aluminium est plus doux, plus léger et plus conducteur thermique, ce qui permet un usinage plus rapide avec un minimum de temps de traitement. usure des outils.