Acier à outils
Le plus souvent, il faut des matériaux résistants pour fabriquer des outils durables. C'est là que acier à outils allié arrive. C'est un acier spécial au carbone et allié conçu pour une résistance élevée.
Vous utiliserez des outils en acier pour façonner le bois, le plastique et les métaux. Ils sont utilisés dans des procédés tels que l'emboutissage, le formage et la découpe. De plus, ils sont utilisés dans les fraises, les perceuses, les outils manuels, les matrices et les pièces de machines.
L'acier à outils existe en plusieurs nuances, chacune conçue pour un usage spécifique. Dans ce guide, vous découvrirez ce qui rend chaque nuance unique, ce qui compose l'acier à outils et comment il est fabriqué.
Qu’est-ce que l’acier à outils ?
Tiges d'acier à outils
L'usinage de l'acier à outils est le choix idéal pour une résistance optimale. Rigide, dur et résistant à l'usure, même à haute température, il présente un pourcentage de carbone compris entre 0.7 et 1.5. Les plus basiques se situent entre 0.2 et 2.1%.
Plus le carbone est élevé, plus il devient résistant et dur. Cependant, dureté de l'acier à outils augmente la fragilité et rend le métal difficile à souder. Lors du travail à froid, vous obtiendrez une dureté de 58-64 CRH. Certaines notes peuvent même aller jusqu'à 66 HRC.
Matériau en acier à outils Supporte très bien le traitement thermique. La température exacte de traitement dépend de la formule de l'acier. L'acier à outils n'est pas simplement un acier composé de carbone ; il contient des éléments supplémentaires comme le cobalt ou le nickel. Ces éléments augmentent sa résistance et offrent une excellente résistance à la chaleur.
Les fabricants intègrent des éléments carburants pour accroître la résistance à l'usure. Parmi ces éléments, on trouve le chrome, le vanadium, le molybdène et le tungstène. Ces éléments forment des carbures durs qui augmentent la durée de vie de l'acier. Ce mélange permet d'obtenir un métal rigide, idéal pour les tâches les plus exigeantes. C'est pourquoi l'acier à outils est essentiel en production. (Voir également: matériaux en acier)
Comment est-ce fait?
L'acier à outils est principalement fabriqué dans des fours à arc électrique. Mais il existe également d'autres méthodes clés. Chaque étape façonne l'acier pour des performances d'outil spécifiques.
Four à arc électrique (EAF)
Le procédé implique la fusion de ferraille d'acier dans un four. Ensuite, des éléments d'alliage sont ajoutés pour obtenir le mélange approprié. Des produits chimiques aident à éliminer les impuretés et à prévenir l'oxydation. L'acier fondu peut être coulé dans une poche de coulée, puis dans des moules. Il refroidit ensuite lentement pour former des lingots solides.
Raffinage sous laitier électroconducteur (ESR)
L'acier est fondu extrêmement lentement grâce à ce procédé. Il offre une finition nette, dense et non poreuse. Les aciers à outils hautes performances sont particulièrement adaptés à l'ESR.
La métallurgie des poudres
Ici, de fines poudres métalliques sont comprimées à haute pression. Elles sont ensuite frittées pour obtenir une forme solide et dense. Cela permet un contrôle précis de la composition et de la résistance.
Recuit
Traitement thermique de l'acier à outils (DIY)
L'acier devient mou lors du recuit. On le place à haute température et on le maintient. On le laisse ensuite refroidir lentement pour le rendre moins cassant et améliorer sa structure.
Dessin à chaud ou à froid
Cette méthode permet de former des outils de petite taille ou de formes complexes. L'étirage à froid s'effectue à température ambiante. L'étirage à chaud (pour les formes complexes) se fait généralement entre 200 °C et 400 °C.. Il est recommandé d'effectuer un étirage à froid, en une seule passe, afin de ne pas casser l'outil.
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Types d'acier à outils
Maintenant, décomposons le primaire nuances d'acier à outils. Chaque grade possède sa propre combinaison d'éléments et de caractéristiques de performance. Vous trouverez des utilisations uniques pour chacun, selon votre application.
1. Durcissement à l'eau (série W)
Durcissement à l'eau
Les aciers à outils durcissables à l'eau sont des aciers à haute teneur en carbone. Ils nécessitent une trempe à l'eau. Ils offrent une dureté élevée, mais sont sujets aux fissures et aux déformations en raison de leur faible teneur en alliage. Ces aciers sont abordables, mais leur résistance à la chaleur est limitée.
- Notes communes : W1, W2, W5
- La teneur en carbone: 0.6-1.4%
- Éléments d'alliage : P20 : ~1.7 % Cr, 0.4 % Mo ; P21 : ~1.2 % Ni, 0.2 % Al (le molybdène est généralement à l'état de trace/inexistant dans la série P)
- Température de fonctionnement: 400 à 500 ° F
- Température de fusion: 2500 à 2600 ° F
- Applications : Burins, marteaux, petites perceuses, outils de tour
2. Résistant aux chocs (série S)
Acier à outils résistant aux chocs (série S)
Les aciers à outils de la série S résistent à des contraintes d'impact élevées à basse température. Ils offrent une ténacité élevée aux chocs et une dureté à chaud acceptable. Cependant, ils ne sont pas classés comme aciers à outils durs à chaud.
- Notes communes : S1, S2, S5, S7
- La teneur en carbone: 0.5-0.6%
- Éléments d'alliage : 1.5–2.5 % de silicium, molybdène, tungstène, chrome
- Température de fonctionnement: 600 à 700 ° F
- Température de fusion: 2700°C
- Applications : Ciseaux, pinces, lames de cisaillement
3. Moule en plastique (série P)
Tige en acier pour outil de moulage en plastique P20
Les aciers à outils de la série P sont principalement utilisés pour la fabrication de moules pour produits en plastique. Ils offrent une bonne usinabilité et une bonne résistance à la fatigue thermique.
- Notes communes : P20, P21
- La teneur en carbone: 0.3-0.4%
- Éléments d'alliage : 1 à 2 % de chrome, molybdène
- Température de fonctionnement: 700 à 800 ° F
- Température de fusion: 2500 à 2600 ° F
- Applications : Moules d'injection plastique. (Obtenez des moules personnalisés) services de moulage d'acier de nous)
4. Aciers à outils pour travail à froid
Tubes en acier pour outils de travail à froid
Les aciers à outils pour travail à froid sont utilisés pour les outils fonctionnant à température ambiante. Ils se divisent en trois sous-groupes :
a. Durcissement à l'huile (série O)
Les aciers à outils durcis à l'huile conviennent pour leur résistance à l'usure et leur stabilité dimensionnelle.
- Notes communes : O1, O2
- La teneur en carbone: 0.9-1.1%
- Éléments d'alliage : 1–1.5 % de manganèse, tungstène, vanadium
- Température de fonctionnement: 400 à 500 ° F
- Température de fusion: 2500°C
- Applications : Peignes de filetage, mandrins, douilles, matrices de découpage
b. Trempe à l'air (série A)
Les aciers à outils durcis à l'air présentent une faible déformation lors de la trempe. De plus, ils sont résistants et facilement usinables.
- Notes communes : Acier à outils A2, A6
- La teneur en carbone: 0.95-1.1%
- Éléments d'alliage : 4 à 5 % de chrome, 1 % de molybdène, 1 % de manganèse
- Température de fonctionnement: 700 à 800 ° F
- Température de fusion: 2400 à 2500 ° F
- Applications : Arbres, matrices de découpage, pliage de matrices
c. Haute teneur en carbone et en chrome (série D)
Les aciers à outils de la série D (acier à outils D2) sont réputés pour leur grande résistance à l'usure. Ils sont privilégiés pour les grandes séries de production.
- Notes communes : D2, D3, D6
- La teneur en carbone: 1.5-2%
- Éléments d'alliage : 11–12 % de chrome, vanadium, molybdène
- Température de fonctionnement: 800 à 900 ° F
- Température de fusion: 2200 à 2400 ° F
- Applications : Poinçons, matrices, lames de cisaillement
5. Aciers à outils pour travail à chaud
Acier à outils pour travail à chaud
Les aciers à outils pour travail à chaud sont utilisés pour les outils fonctionnant à des températures élevées. Ils se divisent en trois sous-groupes :
a. À base de molybdène (H40–H59)
Ces aciers sont utilisés pour les matrices de moulage sous pression. Ils offrent une bonne résistance à l'usure à haute température.
- Notes communes : H42, H43
- La teneur en carbone: 0.3-0.5%
- Éléments d'alliage : 2 à 3 % de chrome, 8 à 10 % de molybdène
- Température de fonctionnement: 1100 à 1200 ° F
- Température de fusion: 2300 à 2400 ° F
- Applications : Matrices de moulage sous pression
b. À base de tungstène (H20–H39)
Les aciers à outils à base de tungstène ont des points de fusion élevés et une excellente résistance à l'usure.
- Notes communes : H21, H26
- La teneur en carbone: 0.3-0.5%
- Éléments d'alliage : 2 à 3 % de chrome, 9 à 12 % de tungstène
- Température de fonctionnement: 1200 à 1300 ° F
- Température de fusion: 2400 à 2500 ° F
- Applications : Matrices d'extrusion à chaud, matrices de forgeage
c. À base de chrome (H1–H19)
Les aciers à outils à base de chrome sont utilisés pour les boîtiers de matrices de frappe à froid. Ils offrent une bonne résistance à la fatigue thermique.
- Notes communes : H11, H13
- La teneur en carbone: 0.35-0.45%
- Éléments d'alliage : 5 % de chrome, 1 à 2 % de molybdène
- Température de fonctionnement: 1000 à 1100 ° F
- Température de fusion: 2500 à 2600 ° F
- Applications : Filières de frappe à froid, filières d'extrusion
6. Aciers à outils rapides (HSS)
Tiges en acier à outils rapide
Les aciers à outils HSS sont conçus pour les opérations de coupe à grande vitesse. Ils conservent leur dureté à haute température et se divisent en deux sous-groupes :
a. À base de molybdène (série M)
Le HSS à base de molybdène offre une bonne résistance à l'usure et une bonne ténacité.
- Notes communes : M2, M4
- La teneur en carbone: 0.7-0.85%
- Éléments d'alliage : 5 à 10 % de molybdène, tungstène, vanadium
- Température de fonctionnement: 1100 à 1200 ° F
- Température de fusion: 2200 à 2400 ° F
- Applications : Forets, tarauds, alésoirs, lames de scie
b. À base de tungstène (série T)
Le HSS à base de tungstène offre une résistance supérieure à l'usure. Il est utilisé pour la coupe à grande vitesse de matériaux durs.
- Notes communes : T1, T15
- La teneur en carbone: 0.7-0.85%
- Éléments d'alliage : 12–18 % de tungstène, de chrome, de vanadium
- Température de fonctionnement: 1100 à 1300 ° F
- Température de fusion: 2400 à 2600 ° F
- Applications : Outils de coupe, lames de scie
7. Aciers à outils à usage spécial
Acier à outils à usage spécial
Les aciers à outils à usage spécial sont conçus pour des applications spécifiques que d’autres ne peuvent pas gérer.
a. À base de carbone et de tungstène (série F)
Les aciers à outils de la série F sont très résistants à l'usure mais pas aux chocs.
- Notes communes : F1, F2
- La teneur en carbone: 0.9-1.25%
- Éléments d'alliage : 4 à 6 % de tungstène
- Température de fonctionnement: 900 à 1000 ° F
- Température de fusion: 2500 à 2600 ° F
- Applications : Lames de coupe de papier, broches, outils de brunissage
b. Faiblement allié (série L)
Les aciers à outils de la série L se distinguent par leur ténacité. Ils sont donc utilisés pour diverses applications d'outillage.
- Notes communes : L6, L7
- La teneur en carbone: 0.7-0.9%
- Éléments d'alliage : Faible teneur en chrome, nickel, molybdène
- Température de fonctionnement: 700 à 800 ° F
- Température de fusion: 2500°C
- Applications : Roulements, disques d'embrayage, rouleaux, clés
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Quand utiliser l'acier à outils
L'acier à outils est spécialement conçu pour les applications mécaniques intensives. Vous pouvez l'utiliser lorsque votre projet ou produit nécessite un ou plusieurs des éléments suivants :
Dureté et résistance à l'usure élevées
Acier usinage Utilisé lorsque la pièce doit résister à l'usure superficielle, à la déformation ou à l'abrasion pendant une longue période. Idéal pour :
- Outils de coupe (par exemple, forets, lames de scie)
- Matrices et poinçons
- Outils de formage
- Broche et alésoir
Conservation des bords et précision
L'acier à outils peut conserver des arêtes de coupe tranchantes même sous des conditions de stress et de chaleur intense. Il est adapté à la fabrication :
- Machines-outils précises
- Lames et couteaux
- Les matrices en estampage ou en gaufrage fin
Résistance à la température
Les aciers à outils pour travail à chaud (série H, certains HSS) résistent à la déformation et à la fatigue thermique à haute température. Ils sont utilisés dans les domaines suivants :
- Moisissures dans moulages sous pression
- Matrices de forgeage
- Outils d'extrusion de matériaux à chaud, tels que le magnésium ou l'aluminium
Résistance aux chocs et aux impacts
Les aciers à outils de la série S sont résistants aux chocs. Ils sont particulièrement adaptés aux composants soumis à des impacts soudains ou répétés, comme ceux des outils de frappe. Ils sont couramment utilisés dans :
- Outils de marteau-piqueur
- Outils de rivetage et de frappe
- Marteaux et burins
Stabilité dimensionnelle après traitement thermique
Acier à outils travaillé à froid/trempé à l'air (Séries A et D) est particulièrement adaptée aux pièces nécessitant des tolérances strictes et ne se déformant ni ne se tordant pendant le durcissement. Elle est utilisée pour :
- Appareils de mesure et jauges
- Moules de précision
- Les formes complexes
Fabrication de moules en plastique
Les aciers à outils de la série P offrent une bonne polissabilité, une bonne résistance à l'usure et une usinabilité modérée dans la fabrication de moules ou de matrices d'injection plastique.
Séries de production prolongées
Les aciers rapides de la série D (séries M et T) présentent une excellente résistance à l'usure et conviennent aux outils à volume élevé ou à longue durée de vie.
Alternatives à l'acier à outils
Les aciers à outils standard manquent de résistance à la rouille. Seule la série D (≥ 11 % Cr) offre une résistance marginale à la corrosion (ASTM A681-18, section 5). Cependant, elle n'est pas forcément pratique et économique. Elle est coûteuse, dense et plus difficile à usiner. Selon l'usage de la pièce, elle peut être fabriquée dans différents matériaux et réaliser le même travail, ce qui permet de gagner du temps, de réduire les coûts ou de réduire le poids. C'est pourquoi les fabricants font généralement des compromis entre les fonctions, l'environnement et le budget d'un projet, ce qui conduit à recourir à des alternatives.
Aluminium
Barres d'aluminium brutes
L'aluminium est couramment utilisé lorsque le poids est un problème. Il est également beaucoup plus léger que l'acier à outils inoxydable et s'usine plus facilement, ce qui le rend plus économique et plus rapide. La limite d'élasticité de l'aluminium est inférieure à 20 % de celle de l'acier à outils (même pour le 7075-T6 haute résistance : environ 83 ksi contre environ 2 ksi pour le D350). Il ne convient donc pas à l'outillage soumis à de fortes contraintes.
acier au carbone
Acier au carbone
Carbon acier Ce produit est plus adapté si vous n'avez pas besoin de protection antirouille. Très résistant, économique, il convient aux éléments de structure, aux charpentes, etc. Il résiste mal à l'humidité ou à la corrosion tant qu'il n'est pas traité ou peint. En revanche, il constitue un choix stable et économique en milieu sec.
Titane
Feuilles de titane
Le titane est recommandé lorsqu'une résistance élevée à la corrosion et à la corrosion est requise. Il est plus léger que l'acier à outils, tout en étant tout aussi résistant. On le trouve couramment dans les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine et de la marine. Le titane est plus cher, mais il est rentable lorsque la fiabilité et la performance à long terme sont primordiales.
Laiton ou bronze
Barres de laiton
Le bronze et le laiton sont idéaux lorsque l'apparence ou des caractéristiques particulières sont importantes. Ces métaux sont inoxydables et s'usinent facilement. Ils sont donc principalement utilisés dans la plomberie, la décoration et d'autres appareils électriques. Le laiton est également antimicrobien et peut être utilisé en médecine ou en agroalimentaire.
Résumé
L'acier à outils est un matériau solide, dur et résistant à l'usure. Les outils, moules, matrices et pièces de fabrication doivent être manipulés dans des conditions difficiles. C'est un excellent choix pour des pièces résistantes à la chaleur, durables et indéformables sous pression.
Chez Prolean Tech, nous offrons usinage de l'acier sur mesure Pour tous les types d'acier à outils, y compris l'acier rapide, l'acier pour travail à chaud, l'acier pour travail à froid, etc. Chaque nuance d'acier à outils présente des résistances différentes, et notre équipe sait les utiliser pour obtenir les meilleurs résultats. Nous utilisons les outils, les vitesses et les méthodes adaptés pour usiner efficacement les pièces en acier à outils.
Les Questions
Q1. Quels sont les 6 types d'aciers à outils ?
Les six types courants d’aciers à outils sont :
- Durcissement à l'eau (W)
- Résistant aux chocs (S)
- Travail à froid (séries O, A, D)
- Travail à chaud (série H)
- Acier rapide (séries M, T)
- Usage spécial (séries F et L)
Q2. L'acier 4140 est-il un acier à outils ?
Non, 4140 est un Alliage d'acierCe n'est pas un véritable acier à outils. Cependant, il est souvent utilisé pour les outils et les matrices en raison de sa résistance et de sa ténacité.
Q3. L'acier à outils est-il plus résistant que l'acier ?
L'acier à outils est généralement plus résistant et plus dur. Il est plus résistant à l'usure que les aciers au carbone ou alliés standard, car il est spécialement conçu pour la coupe, le façonnage et les applications à fortes contraintes.
Q4. Quels sont les inconvénients de l'acier à outils ?
Boîte en acier à outils;
- Peut devenir cassant s'il n'est pas traité thermiquement correctement.
- Plus difficile à usiner que l'acier doux
- Généralement plus coûteux
- Résistance à la corrosion inférieure à celle de l'acier inoxydable
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