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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme ISO 4957 de décembre 1999 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 4957 "Aciers à outils" Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1806 (juillet 2018).
RÉSUMÉ
Certaines données numériques relatives aux aciers à outils ne figurent pas dans la norme NF EN 4957 de mai 2000, mais sont nécessaires pour posséder une meilleure connaissance des nuances et de leurs propriétés de mise en œuvre et d’emploi. Ces données sont par ailleurs utiles pour modéliser les sollicitations thermomécaniques des outillages en service. Quelques données relatives à de nouvelles nuances développées depuis la sortie de la norme sont également présentées.
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Robert LÉVÊQUE : Ingénieur Civil des Mines - Président d’honneur du Cercle d’Études des Métaux - École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, France
INTRODUCTION
Les données numériques normalisées qui font l’objet de l’article Aciers à outils – Données numériques normalisées [M 4 590] ne sont pas suffisantes pour faire un bon choix de nuances et pour enrichir les codes de calculs numériques destinés à l’optimisation des outillages et des gammes de fabrication. Pour cette raison, le présent document fournit des indications sur des données numériques non normalisées avec, en particulier :
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les propriétés physiques actuellement connues (module d’élasticité, conductivité thermique, coefficient de dilatation...) et, dans la mesure du possible, de la température ambiante jusqu’à 600 °C, notamment pour les nuances de travail à chaud ;
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les propriétés mécaniques avec, notamment, les critères de mise en œuvre des aciers à outils (usinabilité, trempabilité, déformations aux traitements, aptitude à la rectification) et les propriétés d’emploi de ces mêmes aciers, à la température ambiante et à chaud lorsque cela est nécessaire.
Par ailleurs, de nouvelles nuances ont été développées depuis la sortie de la norme, notamment dans le domaine des aciers d’outillage à chaud durcis par précipitation de phases intermétalliques et dans le domaine des aciers d’outillage à froid à très forte résistance à l’usure. Il était donc naturel d’évoquer les propriétés physiques et mécaniques de ces nouvelles nuances, ainsi que leur aptitude à l’usinage.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 2004 par Robert LÉVÊQUE
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Accueil > Ressources documentaires > Matériaux > Étude et propriétés des métaux > Propriétés et usages des aciers et des fontes > Aciers à outils - Données numériques non normalisées > Propriétés physiques
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1. Propriétés physiques
Il s’agit essentiellement de la masse volumique, du module d’élasticité à la température ambiante, du coefficient de dilatation (entre 20 et 100 °C, 20 et 400 °C ou 20 et 600 °C selon les conditions d’emploi), de la conductivité thermique à la température ambiante ou à chaud et de la capacité thermique massique à 20 °C. Toutes les valeurs connues ont été rassemblées avec, pour chaque acier, le traitement thermique correspondant et le niveau de dureté obtenu :
-
aciers alliés pour travail à froid (tableau 1) ;
-
aciers alliés pour travail à chaud (tableau 2) ;
-
aciers à coupe rapide (tableau 3).
Dans le domaine du travail à chaud (tableau 2), l’échange thermique entre l’outil et la matière mise en œuvre, qui conditionne le gradient de température et par conséquent les contraintes thermomécaniques de l’outil, dépend très étroitement de la conductivité thermique de l’acier à outil. D’une manière générale, la conductivité thermique des aciers diminue avec l’addition d’éléments d’alliage, la réduction de la taille de grains et le degré d’écrouissage de la structure, facteurs qui conditionnent en général l’augmentation des caractéristiques mécaniques du matériau. Les éléments d’alliage les plus influents sur l’abaissement de la conductivité thermique des aciers sont le silicium, l’aluminium, le chrome, le manganèse et le nickel. Le cobalt, par contre, n’a pratiquement aucune influence sur cette caractéristique. Les chiffres indiqués sur le tableau 2, relatif aux aciers à outils alliés pour travail à chaud, montrent que la conductivité thermique de ces aciers passe par un maximum à 200 °C et décroît fortement avec la teneur en éléments d’alliage, notamment la teneur en chrome et en silicium. Il est ainsi possible d’atteindre des conductivités thermiques de 40 W.m−1.K−1 avec des teneurs en chrome n’excédant pas 1 % et des additions de cobalt, molybdène et vanadium qui, jointes à une teneur en carbone plus élevée, permettent de fixer...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARON (G.), LE CALVEZ (C.), CORRE (S.) - Moules plastiques : une solution acier innovante pour améliorer et fiabiliser la réalisation des outillages - Moules et Outils 2000, mai 2000, 39e journées du Cercle d’Études des Métaux, Bulletin du CEM, N° 1, Tome XVII (mai 2000).
-
(2) - BERNS (H.), TROJAHN (W.) - Wear behaviour of ledeburitic chromium steels with niobium and titanium - International Colloquium on wear resistant materials, Saint-Étienne (nov. 1983).
-
(3) - BRANDIS (H.), GOMPEL (P.), HABERLING (E.) - Influence of cobalt on the cutting performance of high speed steels - 23e journées du Cercle d’Études des Métaux, Saint-Étienne (16/17 mai 1984).
-
(4) - DUBRZANSKI (L.) - The structure and properties of the W-V high speed steels with the increased content of silicon - Advances in materials and processing technologies, Dublin (24/27 août 1993).
-
(5) - ERNST (C.), RASCHE (K.) - Nitrogen alloyed tool steels - International Colloquium on Tool Steels, Interlaken, p. 481/497 (sept. 1992).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Basic Knowledge of High Speed Steels ERAMET, CD-ROM, June 2007,
HAUT DE PAGE
Moules et Outils 2007 et 2011, manifestations organisées conjointement par l’A3TS et le CEM tous les 4 ans en octobre à l’École des Mines d’Albi et reproduites ensuite dans les bulletins du CEM. Prochaine manifestation en octobre 2015
http://www.a3ts.org/ et http://www.emse.fr/CEM/
HAUT DE PAGE
Normes françaises et européennes. Association française de normalisation (AFNOR)
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