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1 - COMPOSITION CHIMIQUE

2 - STRUCTURES

| Réf : M4585 v1

Composition chimique
Aciers à outils - Composition chimique et structure

Auteur(s) : Robert LÉVÊQUE

Date de publication : 10 juin 2003

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  • Robert LÉVÊQUE : Ingénieur civil des Mines - Président d’honneur du Cercle d’études des métaux

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INTRODUCTION

Les aciers à outils sont utilisés, comme leur nom l’indique, dans tous les problèmes de mise en forme des matériaux au sens le plus large. Il peut s’agir d’opérations d’usinage (tournage, perçage, fraisage...), de mise en forme à froid et à chaud (travail des métaux en feuilles sous presse par découpage et emboutissage, forgeage et matriçage à chaud, laminage à froid ou à chaud), de moulage (coulée par gravité ou sous pression d’alliages d’aluminium, de cuivre, de zinc et de magnésium, réalisation d’emballages verriers, industrie du caoutchouc, plasturgie), de filage et d’extrusion (aciers et alliages légers, plastiques, pâte de cellulose...). Les aciers à outils font partie intégrante du domaine des aciers spéciaux, mais ils diffèrent sensiblement des aciers de construction mécanique, tant par les conditions de leur utilisation que par les critères d’emploi qui servent à les définir. En effet, dans le cas d’un outil de qualité, on recherche les performances maximales, sans fixer de limite supérieure, alors que l’acier de construction mécanique doit présenter une aptitude suffisante à l’emploi avec des caractéristiques spécifiques bien déterminées comme la tenue à la fatigue, la résistance aux chocs et à la rupture brutale, l’usinabilité et l’aptitude à subir un cycle thermo-mécanique de forgeage ou un traitement thermique de qualité au cours de la mise en œuvre.

Par ailleurs, l’outil est sollicité dans la plupart des cas au niveau de sa surface qui doit supporter les contraintes les plus sévères alors que les sollicitations d’un acier de construction intéressent l’ensemble du matériau. Il en résulte que les aciers à outils ne peuvent pas être définis au moyen de lois de comportement simples et qu’il est nécessaire d’avoir une connaissance la plus précise possible des conditions de sollicitations pour apporter des critères de choix réalistes. Les solutions adoptées sont la conséquence d’une démarche essentiellement pragmatique et constituent des compromis entre des exigences souvent contradictoires.

Nota :

Cet article s’insère dans une série consacrée aux aciers à outils :

  • Aciers à outils. Composition chimique et structure [M 4 585] ;

  • Aciers à outils. Élaboration et transformation Aciers à outils- Élaboration et transformation ;

  • Aciers à outils. Mise en œuvre et propriétés d’emploi [M 4 587] ;

  • Aciers à outils. Classification et évolution [M 4 588] ;

  • Aciers à outils. Pour en savoir plus [Doc. M 4 589].

Le but de cette série d’articles est de faire un classement aussi simple que possible des principaux groupes d’aciers à outils en évoquant aussi bien les propriétés de mise en œuvre (élaboration et transformation de l’acier, traitement de recuit, usinabilité, traitement thermique, aptitude à la rectification et à l’obtention de textures superficielles, traitement de surface) que les propriétés d’emploi (résistance mécanique, ténacité, dureté à chaud, résistance à l’usure, tenue à la corrosion) pour aider l’utilisateur à mieux penser son problème.

Pour plus de détails sur ce sujet le lecteur consultera utilement les références à .

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m4585


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1. Composition chimique

1.1 Éléments d’alliage

Lors des opérations de mise en forme, avec ou sans enlèvement de copeaux, les outils sont soumis à des sollicitations extrêmement complexes. Les propriétés requises au niveau des aciers pour de tels emplois sont les suivantes :

  • une grande dureté, pour résister aux déformations généralisées ou localisées de la surface lors du travail par enfoncement, ou par cisaillement du métal, ou par pénétration dans ce dernier pour en enlever une partie sous forme de copeaux. Suivant l’emploi auquel est destiné l’outil (travail à froid ou à chaud) on attache plus ou moins d’importance au fait que la dureté persiste lorsque l’acier est porté à température élevée ;

  • une bonne résistance à l’usure, c’est-à-dire la résistance à l’effet de rayure et au microégrènement par arrachement de particules lors du frottement contre une autre surface ;

  • une absence de fragilité, notamment dans les emplois pour lesquels l’outil est soumis à des chocs fréquents ;

  • une bonne résistance aux chocs thermiques, surtout en ce qui concerne les aciers pour moules, les outillages de forge, de filage et les cylindres de laminage à chaud qui sont soumis à des changements de température brusques et répétés ;

  • une bonne trempabilité pour que la structure soit homogène sur de très grandes épaisseurs après le traitement thermique de trempe. Cette dernière propriété doit être complétée par une résistance convenable à la surchauffe et au grossissement du grain.

Cet ensemble de caractéristiques peut être atteint si l’on ajoute à l’acier au carbone un certain nombre d’éléments d’alliage que nous allons énumérer.

HAUT DE PAGE

1.1.1 Carbone

C’est l’élément essentiel pour durcir l’acier. La variation de la dureté Rockwell C (HRC) en fonction de la teneur en carbone d’un acier non allié après transformation martensitique est illustrée par la figure 1. Au-delà d’une...

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