Désignation des matériaux

Comprendre la désignation du matériau et la désignation de l'acier

La désignation des matériaux est une méthode systématique et normalisée d'identification des propriétés spécifiques d'un matériau. Elle est particulièrement importante dans l'industrie métallurgique, où il existe une grande variété de matériaux dont la composition et les propriétés peuvent être très différentes.

Une désignation de matériau pour l'acier, par exemple, fournit des informations sur la composition chimique, les propriétés mécaniques et souvent aussi le traitement thermique de l'acier. Voici un bref aperçu de la structure d'une désignation de matériau:

1. Numéro de matériau: Le numéro de matériau est un numéro de quatre à six chiffres qui est normalisé dans la norme DIN EN 10027-2. Il est unique et permet une identification uniforme du matériau dans le monde entier.
2. Groupe de matériaux: Les premiers chiffres du numéro de matériau fournissent des informations sur le groupe de matériaux. Par exemple, les chiffres 1.4 désignent les aciers inoxydables.
3. Composition chimique: Les chiffres suivants fournissent des informations sur la composition chimique de l'acier. Ils peuvent par exemple indiquer la teneur en carbone ou la présence de certains éléments d'alliage.
4. Symboles d'état: Les lettres jointes peuvent fournir des informations sur le traitement thermique (par exemple, "H" pour trempé) ou les propriétés mécaniques (par exemple, "Q" pour trempé et revenu) de l'acier.

Un exemple d'une telle désignation est "1.4301". Ici, le "1" désigne les alliages à base de fer, le ".4" les aciers inoxydables et le "301" la composition chimique spécifique de cet acier, en l'occurrence un type particulier d'acier inoxydable (également connu sous le nom d'"acier inoxydable").

Il est important de comprendre que la désignation du matériau ne donne qu'un aperçu des propriétés de base de l'acier. Pour des informations plus détaillées, telles que les valeurs exactes de la résistance à la traction, de l'allongement ou de la dureté, il convient de se référer à la fiche technique du fabricant.

Connaître la désignation du matériau est un outil essentiel pour les ingénieurs, les techniciens et toute personne impliquée dans la sélection et la transformation de l'acier et d'autres métaux. Elle permet une identification précise du matériau et aide à faire le meilleur choix pour une application particulière.

Aciers Duplex

Généralités

Les acier duplex sont des matériaux présentant une structure à deux phases (ferrite et austénite). Les aciers duplexes se caractérisent par leur combinaison des propriétés d’aciers inoxydables au chrome (ferriques ou martensitiques) et de propriétés d’aciers inoxydables au chrome-nickel (austénitiques).

Ils possèdent des résistances plus élevées que les aciers inoxydables au chrome-nickel, tout en ayant une plus grande ductilité que les aciers inoxydables au chrome. Leur comportement en cas de sollicitation changeante présente en outre, jusqu’à un taux d’austénitiques d’env. 40 %, une plus haute résistance à la fatigue que les austénitiques purs. Les aciers duplexes font partie des aciers résistants à la corrosion et aux acides.

Indice PREN

L’indice PREN est une mesure de la résistance à la corrosion de l’acier inoxydable. La norme ASTM G48 en définit les procédés de contrôle.

Pour les aciers résistants à la corrosion, le PREN, qui établit un lien entre la résistance à la corrosion par piqûres et la composition chimique, résume les éléments chimiques décisifs dans le comportement de corrosion.

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo (aciers ferriques)

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N (aciers austénitiques)

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 30 x %N (aciers duplex)

Les aciers duplex ferriques-austénitiques avec PREN > 40 sont aussi appelés aciers superduplex. Ils se caractérisent par une résistance particulièrement élevée à la corrosion. Les aciers ayant des valeurs PREN de plus de 32 sont réputées résistants à l’eau de mer.

Sources:

DIN EN ISO 15156-3 - Industries du pétrole et du gaz naturel - Matériaux pour utilisation dans des environnements contenant de l’hydrogène sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz - Partie 3 : Alliages résistants à la corrosion (ARC) et autres alliages
NACE MR0175/ISO 15156 - Petroleum and natural gas industries—Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production
ASTM G48 - Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution

La classe de résistance d’une vis est noté par deux nombre séparés par un point. Le nombre de gauche correspond à 1/100 de la résistance nominale Rm en MPa. Le nombre de droite du point indique 10 fois le rapport entre la limite d’élasticité Re et la résistance à la traction Rm (rapport de limite d’élasticité). Il en résulte les valeurs suivantes : 0,6 / 0,8 / 0,9. Ces ratios sont multipliés par 10 pour donner la valeur après le point.

Exemple:
Une vis avec une résistance à la traction Rm = 1000 MPa et un rapport de limite d’élasticité de 0,9 a donc une classe de résistance de 10.9.

Formule pour déterminer la classe de résistance

Résistance à la traction Rm: 1. Ratio X 100
Limite d’élasticité Re: (1er ratio X 100) X (2e ratio / 10)

Exemple:
Vis 10.9

Résistance à la traction Rm : 10 x 100 = 1000 MPa
Limite d’élasticité Re : (10 x 100) x (9 / 10) = 1000 x 0,9 = 900 MPa

Vue d’ensemble ancienne et nouvelle classe de résistance

Sources:

DIN 267-3 - Éléments d’assemblage mécaniques ; conditions techniques de livraison ; classes de résistances pour vis en aciers non alliés ou alliés ; conversion des classes de résistances
DIN EN ISO 898-1 - Propriétés mécaniques d’éléments d’assemblage en acier au carbone et en acier allié - Partie 1 : Vis avec classes de résistances définies - filetage normal et filetage fin

Les aciers avec un taux de carbone de plus de 0,22 % ne sont considérés que comme partiellement soudables. Des mesures supplémentaires comme le préchauffage sont nécessaires. Or, le taux de carbone de l’acier seul ne permet pas de se prononcer sur la soudabilité, car celle-ci est aussi impactée par beaucoup d’autres éléments d’alliage. Pour son évaluation, on considère donc ce qu’on appelle l’équivalent en carbone (CEV).

En science des matériaux, l’équivalent en carbone est un indicateur permettant d’évaluer l’aptitude au soudage des aciers non alliés et faiblement alliés. Le comportement de l’acier est influencé par le taux de carbone et une multitude d’autres éléments d’alliage. Pour évaluer l’aptitude au soudage, l’équivalent en carbone synthétise donc en une seule valeur chiffrée le taux de carbone et la part pondérée des éléments influençant l’aptitude au soudage de l’acier de façon comparable à l’effet attendu du carbone. Un équivalent en carbone d’une valeur inférieure à 0,45 % implique une bonne aptitude au soudage. En fonction de l’épaisseur à travailler, des valeurs plus importantes rendent nécessaire le préchauffage du matériau. À partir d’une valeur de plus de 0,65, la pièce n’est apte à être soudée que moyennant un effort plus important, car la formation de martensite peut provoquer des fissures à froid ou de trempe.

Voici une procédure courante pour calculer l’équivalent en carbone (CEV):

Les teneurs en alliages doivent être entrées en pourcentages. Souvent, le certificat de matériau indique l’équivalent en carbone afin que l’utilisateur n’ai pas besoin de réaliser lui-même ce calcul. Cependant, la validité de CEV y figurant doit parfois être remise en doute pour certaines applications spéciales.

Source:

Wittel, H. / Muhs, D. / Jannasch, D. / Voßiek, J. (2009) Roloff/Matek Maschinenelemente - Normung, Berechung, Gestaltung ; 19. Auflage ; Vieweg+Teubner Verlag ; Wiesbaden