Qu'est-ce qui rend les métaux si essentiels dans notre vie quotidienne ? De la construction à l'électronique, comprendre les types de métaux et leurs utilisations spécifiques peut nous aider à apprécier les matériaux qui construisent notre monde. Cet article explore les métaux courants tels que l'acier, l'aluminium et le cuivre, en détaillant leurs propriétés uniques et leurs applications pratiques. Les lecteurs découvriront comment ces métaux sont classés et utilisés dans diverses industries, améliorant ainsi leur connaissance des éléments constitutifs de la technologie et de l'infrastructure modernes.
L'acier non allié est un alliage de fer et de carbone dont le wc <2.11%, contenant de petites quantités d'impuretés telles que Si, Mn, S, P, etc. Avant la mise en œuvre des nouvelles normes de classification des aciers, il était appelé acier au carbone (abrégé en acier au carbone). Il s'agit d'un matériau couramment utilisé dans divers secteurs industriels.
Il existe trois méthodes principales de classification des aciers non alliés :
On distingue l'acier à faible teneur en carbone (wc <0.25%), acier à teneur moyenne en carbone (0.25%≤wc ≤0.60%), et l'acier à haute teneur en carbone (wc >0.60%).
Les aciers non alliés de qualité ordinaire (ws ≤0.040%, wp≤0,040%), l'acier non allié de haute qualité, à l'exclusion de l'acier non allié de qualité ordinaire et de l'acier non allié de qualité spéciale, et l'acier non allié de qualité spéciale (ws ≤0.020%, wp ≤0.020%).
Divisé en acier de construction au carbone, en acier à outils non allié et en acier au carbone moulé.
En outre, selon le degré de désoxydation de l'acier fondu pendant la fusion, on distingue l'acier cerclé, l'acier tué et l'acier tué spécial.
1) Acier de construction ordinaire au carbone
La qualité de l'acier de construction ordinaire au carbone est représentée par "Q+numéro+niveau de qualité+symbole de la méthode de désoxydation". "Q" est la lettre initiale du pinyin chinois signifiant "limite d'élasticité", le "nombre" indique la limite d'élasticité minimale, et les grades de qualité sont représentés par A, B, C, D, le grade A étant le plus bas et le grade D le plus élevé.
Les symboles de la méthode de désoxydation sont F, Z, TZ pour l'acier cerclé, l'acier tué et l'acier spécial tué, respectivement. En général, les symboles pour l'acier tué et l'acier spécial tué (Z et TZ) peuvent être omis. Par exemple, la nuance Q235AF désigne l'acier annelé de nuance A avec une limite d'élasticité ≥235MPa. Les nuances, les propriétés et les principales utilisations de l'acier de construction ordinaire au carbone sont indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1 Nuances, principales propriétés et utilisations des aciers de construction ordinaires au carbone
| Nouvelle classe | Ancienne classe | Propriétés principales | Exemples d'utilisation |
| Q195 | A1, B1 | Grande plasticité, ténacité, bonne performance de soudage, bonne performance de traitement sous pression, mais faible résistance. | Utilisé pour la fabrication de boulons d'ancrage, de socs, de cheminées, de panneaux de toiture, de rivets, de fils d'acier à faible teneur en carbone, de plaques minces, de tuyaux soudés, de tirants, de crochets, de supports et de structures soudées. |
| Q215 | A2, C2 | ||
| Q235 | A3, C3 | Bonne plasticité, ténacité et performance de soudage, bonne performance d'emboutissage à froid, certaine résistance, bonne performance de pliage à froid | Largement utilisé pour les pièces et les structures soudées répondant à des exigences générales, telles que les tirants, les goupilles, les arbres, les vis, les écrous, les colliers, les supports, les bases, les structures de construction, les ponts, etc. |
2) Acier de construction au carbone de haute qualité
La qualité de l'acier de construction au carbone de haute qualité est généralement représentée par deux chiffres, qui indiquent la fraction massique moyenne du carbone en dix millièmes. Par exemple, 35 acier indique un acier de construction au carbone de haute qualité avec une fraction massique moyenne de carbone de 0,35%.
Si la fraction massique de manganèse dans l'acier est élevée (0,7%≤WMn ≤1.2%), le symbole de l'élément chimique du manganèse (Mn) est ajouté après la nuance, par exemple 35Mn. Les nuances, les propriétés et les principales utilisations de l'acier de construction au carbone de haute qualité sont indiquées dans le tableau 2.
Tableau 2 Nuances, propriétés et principales utilisations des aciers de construction au carbone de haute qualité
| Grade | Principales caractéristiques de performance | Exemples d'utilisation |
| 08 | Faible résistance et dureté, excellente plasticité. Bonnes propriétés d'emboutissage et d'emboutissage profond, bonne aptitude à l'usinage à froid et à la soudure. Forte tendance à la ségrégation des composants, forte sensibilité au vieillissement, de sorte que pendant le travail à froid, un traitement thermique de détente ou un traitement de durcissement à l'eau peut être utilisé pour éviter les fractures dues au travail à froid. | Facilité de laminage en tôles minces, bandes minces, profilés déformés à froid, fils d'acier étirés à froid, utilisés pour pièces d'emboutissagepièces d'emboutissage, diverses pièces de recouvrement non porteuses, cémentation, nitruration, fabrication de divers manchons, gabarits, supports, etc. |
| 20 | Résistance et dureté légèrement supérieures à celles de l'acier 15, bonne plasticité et soudabilité, bonne ténacité après laminage à chaud ou normalisation. | Utilisé pour fabriquer des pièces cémentées, carbonitrurées et forgées de petite et moyenne importance, telles que des arbres de levier, des fourches de transmission, des engrenages, des barres d'accouplement de machines lourdes, des crochets, etc. |
| 30 | Résistance et dureté plus élevées, bonne plasticité, bonne soudabilité, peut être utilisé après normalisation ou revenu, convient au forgeage et à l'emboutissage à chaud. Bonne usinabilité. | Utilisées pour les pièces à faible charge, à faible contrainte et à des températures inférieures à 150°C, telles que les vis à tête, les tirants, les clavettes d'arbre, les engrenages, les manchons d'arbre, etc. Les pièces cémentées ont une bonne résistance à l'usure de surface et peuvent être utilisées comme pièces résistantes à l'usure. |
| 45 | L'acier à moyenne teneur en carbone, trempé et revenu, le plus couramment utilisé. propriétés mécaniquesLes pièces de petite taille doivent être trempées et les pièces de grande taille doivent être normalisées. Les petites pièces doivent être trempées et les grandes doivent être normalisées. | Principalement utilisé pour la fabrication de pièces mobiles à haute résistance, telles que les roues de turbines, les pistons de compresseurs, les arbres, les engrenages, les crémaillères, les vis sans fin, etc. Pour les pièces soudées, il convient de noter le préchauffage avant le soudage et le recuit de détente après le soudage. |
| 65 | Après traitement thermique ou écrouissage, il présente une résistance et une élasticité élevées. Mauvaise soudabilité, tendance à la fissuration, mauvaise usinabilité, faible plasticité à la déformation à froid, faible trempabilité, généralement trempé à l'huile. La caractéristique est que sa résistance à la fatigue peut être comparable à celle de l'acier à ressort allié dans la même configuration. | Convient à la fabrication de pièces de ressort plates ou en spirale de section et de forme simples et soumises à de faibles contraintes, telles que les ressorts de soupapes, les anneaux de ressort, etc. ; convient également à la fabrication de pièces à haute résistance à l'usure, telles que les rouleaux, les vilebrequins, les cames, les câbles métalliques, etc. |
| 85 | Il s'agit de l'acier de construction le plus riche en carbone. Sa résistance et sa dureté sont plus élevées que celles des autres aciers à haute teneur en carbone, mais son élasticité est légèrement inférieure. Faible trempabilité. | Véhicules ferroviaires, ressorts plats, ressorts ronds en spirale, fils d'acier, bandes d'acier, etc. |
| 40Mn | La trempabilité est légèrement supérieure à celle de l'acier 40. Après traitement thermique, la résistance, la dureté et la ténacité sont légèrement supérieures à celles de l'acier 40, plasticité moyenne pendant la déformation à froid, bonne usinabilité, faible soudabilité, sensibilité à la surchauffe et fragilité à la trempe, tendance à la fissuration pendant la trempe à l'eau. | Pièces résistantes à la fatigue, vilebrequins, galets, arbres, bielles, vis et écrous soumis à de fortes contraintes, etc. |
| 65Mn | Résistance, dureté, élasticité et trempabilité supérieures à celles de l'acier 65, sensibilité à la surchauffe et tendance à la fragilité à la trempe, tendance à la fissuration lors de la trempe à l'eau. L'usinabilité à l'état recuit est acceptable, la plasticité à la déformation à froid est faible, la soudabilité est médiocre. | Ressorts à lames pour charges moyennes, ressorts en spirale de 7 à 20 mm de diamètre et rondelles élastiques, anneaux à ressort. Pièces à haute résistance à l'usure, telles que les broches de rectifieuses, les pinces de serrage à ressort, les vis d'entraînement des machines-outils de précision, les charrues, les fraises, les bagues des roulements à rouleaux en spirale, les rails de chemin de fer, etc. |
La fraction massique du carbone dans l'acier à outils au carbone est comprise entre 0,65% et 1,35%, qui sont tous des aciers au carbone de haute qualité ou de haute qualité. Ce type d'acier présente une dureté et une résistance à l'usure élevées. Il est principalement utilisé pour la fabrication d'outils, d'outils de mesure et de moules, tels que les lames de scie à main, les limes, etc.
La qualité de l'acier à outils non allié est représentée par "T + nombre". Parmi eux, "T" est la lettre initiale du pinyin chinois pour "carbone", et le nombre représente le millième de la fraction massique moyenne du carbone dans l'acier. S'il s'agit d'un acier à outils non allié de haute qualité, le symbole "A" est ajouté après le nombre.
Par exemple, T8 indique un acier à outils non allié de haute qualité avec une fraction massique moyenne de carbone de 0,8%, et T8A indique un acier à outils non allié de haute qualité avec une fraction massique moyenne de carbone de 0,8%. Les nuances courantes, les propriétés et les principales utilisations de l'acier à outils non allié sont indiquées dans le tableau 3.
Tableau 3 Nuances courantes, propriétés et principales utilisations des aciers à outils non alliés
| Grade | Propriétés principales | Dureté | Exemples d'utilisation | ||
| État recuit | Échantillon trempé | ||||
| HBW | Température de trempe/°C Moyen de refroidissement | HRC | |||
| T7 T7A | Après traitement thermique, il présente une résistance élevée, une grande ténacité et une dureté considérable, mais une faible trempabilité et une faible dureté à chaud, et il se déforme pendant la trempe. | ≤187 | 800~820 L'eau | ≥62 | Utilisé pour fabriquer divers outils résistant aux chocs et aux vibrations, nécessitant une bonne ténacité, une dureté modérée et une faible capacité de coupe, tels que les petits outils pneumatiques, les ciseaux et scies à bois, les cisailles à étain, les marteaux à main, les têtes de marteau de machiniste et les goupilles. |
| T8 T8A | Après trempe et revenu, il présente une dureté élevée, une bonne résistance à l'usure, mais une résistance et une plasticité faibles, ainsi qu'une mauvaise trempabilité. Médiocre, sujet à la surchauffe pendant le chauffage, facile à déformer, faible dureté à chaud et faible résistance aux chocs. | ≤187 | 780~800 L'eau | ≥62 | Utilisé pour fabriquer des outils dont les arêtes de coupe ne s'échauffent pas pendant le travail, avec une dureté et une résistance à l'usure élevées, tels que des haches, des ciseaux, des lames de scie pour le travail du bois, des moules et des poinçons simples, des mâchoires d'étau, des tôles à ressort et des goupilles. |
| T8Mn T8MnA | Les performances sont similaires à celles du T8 et du T8A, mais le manganèse améliore la trempabilité par rapport au T8 et au T8A, avec une couche trempée plus profonde. Plus profond | ≤187 | 780~800 L'eau | ≥62 | Les utilisations sont similaires à celles du T8 et du T8A. |
| T10 T10A | Bonne ténacité, haute résistance, meilleure résistance à l'usure que T8 et T8A, faible dureté à chaud, faible trempabilité et déformation importante lors de la trempe. | ≤197 | 760～780 L'eau | ≥62 | Utilisé pour la fabrication d'outils présentant de mauvaises conditions de coupe, une grande résistance à l'usure, n'étant pas soumis à de fortes vibrations et nécessitant une certaine ténacité et un certain tranchant, tels que les fraises, les outils de tournage, les forets, les tarauds, les outils d'usinage du bois, les filières de tréfilage, et les outils d'usinage du bois. matrices de poinçonnage |
| T12 T12A | Dureté élevée et résistance à l'usure, faible ténacité, faible dureté à chaud, faible trempabilité et déformation importante lors de la trempe. | ≤207 | ≥62 | Utilisé pour la fabrication d'outils à faible impact, à faible vitesse de coupeet haute dureté, tels que fraises, outils de tournage, forets, tarauds, matrices, lames de scie, petites matrices de coupe à froid et matrices de poinçonnage, ainsi que pièces mécaniques de haute dureté et à faible impact. | |
| T13 T13A | Le meilleur acier à outils non allié à l'acier au carbone pour la dureté et la résistance à l'usure, mais il est peu tenace et ne résiste pas aux chocs. | ≤217 | ≥62 | Utilisé pour la fabrication d'outils nécessitant une dureté extrêmement élevée mais non soumis à des chocs, tels que les grattoirs, les rasoirs, les outils de tréfilage, les outils de gravure de motifs de limes, les outils de gravure, les forets et les limes. | |
La qualité de l'acier au carbone moulé (appelé "acier moulé") est indiquée par "ZG + deux groupes de chiffres". "ZG" est l'abréviation du pinyin chinois pour "acier moulé", le premier groupe de chiffres indique sa limite d'élasticité minimale et le second groupe de chiffres indique sa résistance minimale à la traction. Par exemple, ZG230-450 indique un acier coulé au carbone dont la limite d'élasticité n'est pas inférieure à 230MPa et dont la résistance à la traction n'est pas inférieure à 450MPa.
La fraction massique du carbone dans l'acier au carbone moulé destiné à l'ingénierie générale se situe entre 0,15% et 0,60%. L'acier au carbone moulé est principalement utilisé pour fabriquer des pièces en acier moulé qui nécessitent une résistance et une ténacité élevées, qui ont des formes complexes et qui sont difficiles à former par des méthodes de traitement sous pression. Les nuances, la composition chimique, les propriétés mécaniques et les principales utilisations de l'acier moulé sont indiquées dans le tableau 4.
Tableau 4 Nuances, composition chimique, propriétés mécaniques et principales utilisations de l'acier au carbone moulé
| Grade | Principale composition chimique Fraction de masse (%) | Propriétés mécaniques à température ambiante | Caractéristiques de performance et exemples d'utilisation | |||||||||
| C | Si | Mn | P | S | ReL (Rr0.2) MPa | Rm MPa | A11.3 (%) | Z (%) | K/J [aK/ (J/cm2)] | |||
| Pas plus de | Pas moins de | |||||||||||
| ZG200-400 | 0.20 | 0.60 | 0.80 | 0.035 | 200 | 400 | 25 | 40 | 30(60) | Bonne plasticité, ténacité et soudabilité. Utilisé pour diverses pièces mécaniques qui ne sont pas soumises à de fortes contraintes et qui nécessitent une bonne ténacité, telles que les bases de machines et les boîtiers de transmission. | ||
| ZG230-450 | 0.30 | 0.90 | 230 | 450 | 22 | 32 | 25(45) | Résistance certaine et bonne plasticité, ténacité et soudabilité. Utilisé pour diverses pièces mécaniques qui ne sont pas soumises à de fortes contraintes et qui nécessitent une bonne ténacité, telles que les enclumes, les chapeaux de paliers, les plaques de base, les corps de vannes, etc. | ||||
| ZG270-500 | 0.40 | 0.60 | 0.90 | 0.035 | 270 | 500 | 18 | 25 | 22(35) | Haute résistance et bonne dureté, bonne coulabilité, bonne soudabilité et bonne usinabilité. Utilisé pour les bâtis de laminoirs, les sièges de paliers, les bielles, les boîtiers, les vilebrequins, etc. Blocs-cylindres, etc. | ||
| ZG310-570 | 0.50 | 310 | 570 | 15 | 21 | 15(30) | Bonne résistance et usinabilité, faible plasticité et ténacité. Utilisé pour les pièces soumises à de fortes charges, telles que les grands engrenages, les blocs-cylindres, les roues de frein, les rouleaux, etc. | |||||
| ZG340-640 | 0.60 | 340 | 640 | 10 | 18 | 10(20) | Haute résistance mécanique, dureté et résistance à l'usure, bonne usinabilité, faible soudabilité, bonne fluidité et grande sensibilité à la fissuration. Utilisé pour les engrenages, les cliquets, etc. | |||||
L'acier obtenu en ajoutant intentionnellement une certaine quantité d'éléments d'alliage à l'acier au carbone est appelé acier faiblement allié et acier allié. Dans l'acier allié, les éléments couramment ajoutés comprennent : le manganèse (w ≥1%), le silicium (w ≥0,5%), le chrome, le tungstène, le nickel, le molybdène, le vanadium, l'aluminium, le cuivre, le titane, le niobium et les éléments des terres rares.
Ces éléments peuvent améliorer les propriétés mécaniques et la trempabilité de l'acier, améliorer les performances de traitement de l'acier ou obtenir certaines propriétés physiques et chimiques spéciales, ce qui élargit considérablement son champ d'application. L'acier allié peut être divisé en : acier de construction allié, acier à outils allié et acier à usage spécial.
Il s'agit d'un acier fabriqué en ajoutant une petite quantité (≤5%) d'éléments d'alliage sur la base d'un acier à faible teneur en carbone (wc <0,2%), et sa nuance est également représentée par "Q+numéro". Sa signification est la même que celle de l'acier de construction au carbone ordinaire, par exemple, Q345 indique un acier de construction à haute résistance faiblement allié avec une limite d'élasticité minimale de 345MPa.
Si les lettres A, B, C, D, E suivent le grade, elles indiquent également le grade de qualité. Par exemple, Q345B indique un acier de construction à haute résistance faiblement allié de grade B avec une limite d'élasticité minimale de 345MPa.
L'acier faiblement allié est généralement utilisé à l'état de recuit de laminage à chaud (ou de normalisation). Sa résistance est supérieure de 10% à 20% à celle de l'acier ordinaire à faible teneur en carbone, c'est pourquoi on l'appelle acier faiblement allié à haute résistance.
Il possède une bonne plasticité, une bonne ténacité, une bonne soudabilité et une bonne résistance à la corrosion. Il est actuellement largement utilisé dans les ponts, les véhicules, les navires, les bâtiments, les conteneurs, etc. L'objectif principal est de réduire le poids de la structure elle-même et de garantir la fiabilité et la durabilité de l'utilisation. Les nuances, la composition chimique, les propriétés mécaniques et les utilisations des aciers de construction à haute résistance faiblement alliés couramment utilisés sont indiquées dans le tableau 1-7.
Tableau 5 Nuances courantes, composition chimique, propriétés mécaniques et principales utilisations des aciers de construction faiblement alliés et à haute résistance
| Grade | Composition chimique (fraction de masse) (%) | Acier Épaisseur /mm | Propriétés mécaniques | Essai de flexion à froid | Exemple d'utilisation | ||||||
| Nouvelle norme | Ancienne norme | C | Si | Mn | Autres | Rm /MPa | ReL /MPa | A (%) | a - Epaisseur de l'échantillon d - Diamètre du mandrin | ||
| Q345 | 14MnNb | 0.12~ 0.18 | 0.20~ 0.50 | 0.80~ 1.20 | 0.15~ 0,50Nb | ≤16 | 500 | 360 | 20 | 180℃ (d=2a) | Réservoirs de mazout, chaudières, ponts, etc. |
| 16Mn | 0.12~ 0.20 | 0.20~ 0.50 | 1.2~ 1.60 | -- | ≤16 | 520 | 350 | 21 | Ponts, navires, véhicules, Récipients sous pression, structures de bâtiments, etc. | ||
| 16MnRE | 0.12~ 0.20 | 0.20~ 0.50 | 1.2~ 1.50 | 0.2~ 0,35Cu | ≤16 | 520 | 350 | 21 | Ponts, navires, véhicules, Récipients sous pression, structures de bâtiments etc. | ||
| Q390 | 15MnT 15MnV | 0.12~ 0.18 | 0.20~ 0.50 | 1.25~ 1.50 | 0.12~ 0,20Ti | ≤25 | 540 | 400 | 19 | 180℃ (d=3a) | Navires, appareils à pression, équipements de centrales électriques, etc. Flancs de navires, appareils à pression, ponts, véhicules, machines de levage, etc. |
| 0.12~ 0.18 | 0.20~ 0.50 | 1.25~ 1.50 | 0.04~ 0.14V | ≤25 | 540 | 400 | 18 | Ponts, navires, véhicules, Récipients sous pression, structures de bâtiments, etc. | |||
L'acier de construction allié comprend principalement l'acier de cémentation allié, l'acier trempé et revenu allié, l'acier à ressort allié, l'acier pour roulements à billes, etc.
L'acier allié de cémentation est fabriqué en ajoutant des éléments d'alliage tels que le chrome, le manganèse, le nickel, le titane, le vanadium, etc. à l'acier à faible teneur en carbone. Sa qualité est représentée par "deux chiffres + symbole de l'élément d'alliage + numéro".
Les deux premiers "chiffres" indiquent le dix millième de la fraction massique moyenne de carbone dans l'acier, le symbole de l'élément indique les éléments d'alliage contenus dans l'acier, et le "nombre" après le symbole de l'élément indique son pourcentage de contenu moyen. Il est stipulé que lorsque la teneur moyenne en éléments d'alliage est <1,5%, seul le symbole de l'élément est marqué et le nombre n'est pas marqué ; lorsque la fraction massique moyenne des éléments d'alliage est comprise entre 1,5% et 2,5%, 2,5% et 3,5%, etc., 2, 3, etc. sont marqués en conséquence après l'élément.
Par exemple, 20Mn2 indique que la fraction massique moyenne de carbone est de 0,20% et que la fraction massique moyenne de manganèse est de 2% dans l'acier allié de cémentation. S'il s'agit d'un acier de construction allié de haute qualité, le symbole "A" est ajouté à la fin de la nuance, comme 18Cr2Ni4WA.
L'acier allié de cémentation est généralement utilisé après cémentation, trempe et revenu à basse température. Il est principalement utilisé pour les pièces qui nécessitent une dureté superficielle élevée, une grande résistance, une grande résistance à l'usure et une grande ténacité à cœur, et qui peuvent supporter des charges d'impact (telles que les engrenages de transmission, les arbres d'engrenage, les axes de piston, etc.) Les nuances, compositions, propriétés mécaniques et utilisations des aciers alliés de cémentation couramment utilisés figurent dans le document GB/T3077-2015 (Alloy Structural Steel).
L'acier allié trempé et revenu fait généralement référence à l'acier allié à teneur moyenne en carbone utilisé après le traitement de trempe et de revenu, avec une fraction de masse de carbone comprise entre 0,25% et 0,50%. La méthode de représentation de la nuance de l'acier allié trempé et revenu est la même que celle de l'acier allié à cémentation, utilisant également "deux chiffres + symbole de l'élément d'alliage + numéro".
L'acier allié trempé et revenu est principalement utilisé pour les pièces importantes qui nécessitent une dureté élevée, une bonne plasticité et une grande ténacité, telles que les arbres principaux, les vilebrequins, les boulons de bielle, les engrenages importants, etc. Si certaines pièces nécessitent également une dureté superficielle et une résistance à l'usure élevées, elles peuvent être soumises à un traitement de trempe par induction et de revenu à basse température après le traitement de trempe et de revenu.
Les nuances, compositions, traitements thermiques et propriétés des aciers alliés trempés et revenus couramment utilisés figurent dans le document GB/T3077-2015 (Alloy Structural Steel). Les aciers alliés trempés et revenus couramment utilisés comprennent le 40Cr, le 40MnVB, le 30CrMnSi, le 20MnVB, le 12CrNi3, etc.
L'acier allié utilisé pour fabriquer divers ressorts ou pièces élastiques est appelé acier allié pour ressorts, avec une fraction massique de carbone généralement comprise entre 0,45% et 0,70%. La méthode de représentation de la nuance de l'acier allié pour ressorts est la même que celle de l'acier allié pour cémentation, utilisant également "deux chiffres + symbole de l'élément + numéro".
Les nuances, compositions, traitements thermiques, propriétés et utilisations des aciers alliés pour ressorts couramment utilisés figurent dans la norme GB/T1222-2007 (Spring Steel). Le plus utilisé est l'acier à ressort allié au silicium-manganèse, tel que le 60Si2Mn, qui est largement utilisé pour fabriquer des ressorts hélicoïdaux et des ressorts à lames pour les automobiles, les tracteurs, les locomotives et d'autres ressorts importants soumis à de fortes contraintes.
L'acier allié utilisé pour fabriquer les éléments roulants (billes, rouleaux, aiguilles) et les bagues des roulements est appelé acier pour roulements, avec une fraction massique de carbone généralement comprise entre 0,95% et 1,15%, afin d'obtenir une martensite à haute teneur en carbone après la trempe, ce qui garantit que l'acier pour roulements présente une dureté et une résistance élevées.
La qualité de l'acier pour roulements est représentée par "G + Cr + nombre". "G" est la première lettre du pinyin chinois pour "roulement", "Cr" est le symbole de l'élément chrome, et le "nombre" indique le millième de la fraction massique moyenne de chrome dans l'acier. Par exemple, GCr15 indique que la fraction massique moyenne de chrome est de 1,5% dans l'acier pour roulements.
La fraction massique de chrome dans l'acier pour roulements est généralement comprise entre 0,40% et 1,65%. Sa fonction est d'améliorer la trempabilité de l'acier et de former des carbures dispersés, améliorant ainsi la résistance à l'usure et la résistance à la fatigue de contact de l'acier. Pour les roulements de grande taille, des éléments tels que le manganèse et le silicium sont également ajoutés pour améliorer encore la trempabilité de l'acier.
Actuellement, les nuances d'acier pour roulements les plus utilisées en Chine sont le GCr15 (principalement utilisé pour fabriquer des roulements de petite et moyenne taille) et le GCr15SiMn (principalement utilisé pour fabriquer des roulements de plus grande taille).
L'acier pour roulements peut également être utilisé pour fabriquer des pièces présentant une résistance élevée à l'usure et à la fatigue, telles que les broches de meuleuses, les matrices de poinçonnage à froid, les vis à tête, les outils de mesure de précision, etc. Les nuances, compositions, traitements thermiques et propriétés des aciers pour roulements couramment utilisés figurent dans la norme GB/T 18254-2016 (High Carbon Chromium Bearing Steel).
L'acier allié utilisé pour fabriquer divers outils est appelé acier à outils allié. Il s'agit d'un acier fabriqué en ajoutant une quantité appropriée d'éléments d'alliage à un acier à outils non allié. Ce type d'acier présente une dureté, une résistance à l'usure et une ténacité supérieures à celles de l'acier à outils non allié, et surtout une meilleure trempabilité, une meilleure aptitude à la trempe, une meilleure dureté à chaud et une meilleure stabilité au revenu. Il peut donc être utilisé pour fabriquer des outils de grande section, de forme complexe et de haute performance.
L'acier à outils allié est divisé en acier à outils de mesure, acier à outils résistant aux chocs, acier à outils pour travail à chaud, acier à outils pour travail à froid, acier pour moules en plastique, etc. en fonction de son utilisation. La méthode de représentation de la nuance est similaire à celle de l'acier de construction allié, à l'exception de la méthode de représentation de la teneur en carbone qui est différente. Lorsque le w c ≥1%, la teneur en carbone n'est pas marquée ; lorsque wc <1%, un seul chiffre est utilisé pour indiquer le millième de la teneur moyenne en carbone de l'acier.
Par exemple, Cr12MoV indique que wc ≥1%, wCr =12%, et w Mo , wv <1,5% dans les aciers à outils alliés. Un autre exemple est le 9SiCr, qui indique que wc =0,9%, et wSi , wCr <1.5% en acier à outils allié. Les aciers à outils alliés sont tous des aciers de haute qualité, c'est pourquoi le symbole "A" n'est pas indiqué à la fin de la nuance.
Se réfère à l'acier utilisé pour fabriquer des moules pour l'estampage à froid, l'extrusion à froid et l'étirage à froid du métal dans des conditions froides. Il présente une dureté élevée, une grande résistance à l'usure, une résistance et une ténacité suffisantes et nécessite une bonne trempabilité et une faible déformation lors de la trempe. Ce type d'acier est utilisé après la trempe et le revenu. Les nuances, les traitements thermiques, les propriétés et les utilisations des aciers pour matrices de travail à froid couramment utilisés sont indiqués dans le tableau 6.
Tableau 6 Nuances d'acier pour matrices pour travail à froid couramment utilisées, traitements thermiques, propriétés et utilisations
| Grade | Conditions de livraison Dureté HBW | Trempe | Dureté HRC (Pas moins de) | Exemple d'utilisation | |
| Température/℃ | Moyen de refroidissement pour la trempe | ||||
| 9Mn2V | ≤229 | 780~810 | Huile | 62 | Matrice de poinçonnage, matrice de pressage à froid |
| CrWMn | 207~255 | 800~830 | Huile | 62 | Forme complexe, matrice de poinçonnage de haute précision |
| Cr12 | 217~269 | 950~1000 | Huile | 60 | Poinçon à froid, poinçon, Filière de dessinFilière de métallurgie des poudres |
| Cr12MoV | 207~255 | 950~1000 | Huile | 58 | Matrice de poinçonnage, matrice de découpage, matrice d'étirage |
L'acier pour matrices de travail à chaud est l'acier utilisé pour fabriquer des matrices de forgeage à chaud, des matrices de travail à chaud et des matrices de travail à chaud. filières d'extrusionL'acier pour travail à chaud est utilisé pour la fabrication de moules et de matrices de coulée sous pression pour former du métal ou de l'alliage chaud. L'acier pour travail à chaud travaille à des températures élevées (400～600℃) et, pendant son fonctionnement, il supporte non seulement d'importantes charges d'impact, mais aussi d'importantes contraintes de compression, de traction et de flexion, ainsi qu'un frottement intense causé par l'écoulement du métal chaud dans la cavité de la filière.
Par conséquent, l'acier pour travail à chaud doit conserver une dureté, une résistance, une ténacité et une résistance à l'usure suffisantes à des températures élevées. En outre, ce type d'acier est chauffé à plusieurs reprises par du métal chaud et refroidi par des fluides de refroidissement (eau, huile, air) pendant le fonctionnement, ce qui provoque des changements de volume et le rend sujet à la fatigue thermique.
La fraction massique du carbone dans l'acier pour matrices de travail à chaud se situe généralement entre 0,3% et 0,6%, ce qui en fait un acier allié à teneur moyenne en carbone. Les nuances courantes d'acier pour matrices de travail à chaud comprennent le 5CrMnMo et le 5CrNiMo. Ce dernier possède une meilleure trempabilité que le premier, avec des propriétés similaires. Le 5CrMnMo convient à la fabrication de matrices de travail à chaud de petite à moyenne taille. matrices de forgeagetandis que le 5CrNiMo convient à la fabrication de matrices de forgeage à chaud de taille moyenne à grande. Les qualités courantes d'acier pour matrices de coulée sous pression comprennent le 3Cr2W8V, etc.
L'acier pour moules en plastique désigne l'acier utilisé pour fabriquer des moules qui pressent une poudre fine ou un plastique granuleux en forme dans des conditions de chauffage à basse température ne dépassant pas 200℃. Selon la méthode de moulage des produits en plastique, les moules à plastique peuvent être divisés en moules de moulage sous pression, moules d'extrusion, moules d'injection, moules de formage, moules de moulage par soufflage, etc.
Pendant le fonctionnement, le moule est continuellement chauffé, pressé et soumis à un certain degré de friction et de corrosion par des gaz nocifs. Par conséquent, l'acier pour moules en plastique doit présenter une résistance et une ténacité suffisantes à 200℃, une résistance élevée à l'usure et à la corrosion, une bonne usinabilité, une bonne polissabilité, une bonne soudabilité et de bonnes performances en matière de traitement thermique. Actuellement, les aciers pour moules en plastique couramment utilisés comprennent le 3Cr2Mo, le 3Cr2MnNiMo.
Les outils de mesure sont des instruments de mesure utilisés dans l'ingénierie mécanique pour contrôler la précision de l'usinage, tels que les micromètres, les cales-étalons, les jauges à bouchon, les pieds à coulisse, etc. Comme les outils de mesure sont souvent en contact avec les pièces à mesurer pendant leur utilisation, ils sont sujets à l'usure et aux chocs. C'est pourquoi les pièces de travail des outils de mesure doivent présenter une dureté élevée (62~65HRC), une grande résistance à l'usure, une grande stabilité dimensionnelle et une ténacité suffisante.
Le 9SiCr et d'autres aciers sont souvent utilisés pour fabriquer des outils de mesure de haute précision et de forme complexe, tels que les cales de jauge et les jauges à bouchon. En outre, l'acier allié de cémentation ou l'acier à roulements (GCr15) peut être utilisé pour fabriquer des outils de mesure qui ne nécessitent pas une grande précision, mais qui doivent être résistants aux chocs après un traitement de cémentation et de trempe ; parfois, l'acier à outils pour le travail à froid (CrWMn) est également utilisé pour fabriquer des outils de mesure de précision.
Les aciers à usage spécial sont des aciers alliés présentant des propriétés physiques et chimiques particulières, ainsi que certaines propriétés mécaniques. Il comprend notamment l'acier inoxydable, l'acier résistant à la chaleur et l'acier résistant à l'usure.
L'acier inoxydable est un alliage d'acier capable de résister à la corrosion atmosphérique, à la corrosion acide, à la corrosion alcaline ou à d'autres types de corrosion. Les principales caractéristiques de l'acier inoxydable sont sa résistance à la rouille et à la corrosion, avec une teneur en chrome d'au moins 10,5% et une teneur en carbone ne dépassant pas 1,2%.
L'acier inoxydable est classé en différents types en fonction de sa structure métallographique : acier inoxydable ferritique, acier inoxydable martensitique, acier inoxydable austénitique, acier inoxydable austéno-ferritique et acier inoxydable à durcissement par précipitation. Les nuances, compositions, traitements thermiques et propriétés des aciers inoxydables couramment utilisés figurent dans le document GB/T1220-2007 (Stainless Steel Bars). Les types et les qualités d'acier inoxydable les plus utilisés sont les suivants :
1) Acier inoxydable ferritique
Il existe trois types d'acier inoxydable ferritique :
2) Acier inoxydable martensitique
Les principales catégories d'acier inoxydable martensitique sont les suivantes : 12Cr13, 20Cr13 (à faible teneur en carbone), principalement utilisées pour les pièces nécessitant des propriétés mécaniques élevées et une faible résistance à la corrosion, telles que les pales de turbines et les instruments médicaux ; 30Cr13, 40Cr13 (à teneur en carbone plus élevée), principalement utilisées pour les soupapes de presses hydrauliques et les outils médicaux chirurgicaux durs et résistants à l'usure, les outils de mesure, les roulements et les ressorts en acier inoxydable.
3) Acier inoxydable austénitique
L'acier inoxydable austénitique comprend 06Cr19Ni10, 12Cr18Ni9, principalement utilisé pour fabriquer des pièces nécessitant une résistance élevée à la corrosion et des pièces à faible charge qui doivent être soudées après déformation à froid, comme dans les équipements chimiques et les pipelines. Il peut également être utilisé pour fabriquer des pièces non magnétiques résistantes à la corrosion dans les industries de l'instrumentation et de la production d'énergie. Ce type d'acier augmente principalement sa résistance par déformation à froid et ne peut pas être renforcé par traitement thermique.
L'acier résistant à la chaleur est un acier à performance spéciale qui présente une bonne stabilité chimique ou une résistance élevée à des températures élevées. Les nuances courantes d'acier résistant à la chaleur sont les suivantes 10Cr17, qui peut être utilisé pour fabriquer des pièces résistantes à l'oxydation en dessous de 900°C, telles que des radiateurs, des pièces de four et des buses d'huile. Le 42Cr9Si2 et le 40Cr10Si2Mo sont couramment utilisés pour fabriquer des soupapes d'échappement et d'autres pièces soumises à la corrosion des gaz d'échappement à haute température, aux chocs et à l'usure (c'est pourquoi on les appelle aussi acier pour soupapes).
06Cr19Ni10 et 45Cr14Ni14W2Mo, en raison de leur teneur élevée en chrome et en nickel, sont des aciers résistants à la chaleur largement utilisés dans les chaudières, les turbines, les moteurs à combustion interne et les fours de traitement thermique.
L'acier résistant à l'usure est un acier à haute résistance à l'usure. Par exemple, l'acier à haute teneur en manganèse, qui ne durcit que sous de fortes charges d'impact, a généralement une teneur en carbone de 1,0% à 1,3% et une teneur en manganèse de 11% à 14%.
Lorsque l'acier à haute teneur en manganèse est chauffé à 1000~1100°C et soumis à un traitement en solution, une structure d'austénite monophasée peut être obtenue. À ce moment-là, la dureté n'est pas élevée (environ 180~220HBW). Lorsqu'elle est soumise à une forte friction ou à un impact sous haute pression, l'austénite à la surface de la pièce subit rapidement une déformation plastique, provoquant un écrouissage et une transformation martensitique, ce qui augmente considérablement la dureté de la surface (environ 550HBW ou plus) et améliore la résistance à l'usure.
Lorsque la couche durcie en surface s'use, la nouvelle surface exposée subit la même transformation et gagne en résistance à l'usure. Le traitement sous pression et le traitement de coupe de l'acier à haute teneur en manganèse sont très difficiles, c'est pourquoi il est généralement coulé directement en pièces et utilisé après le traitement de mise en solution.
L'acier à haute teneur en manganèse est principalement utilisé pour les pièces qui travaillent dans des conditions de frottement et d'impact sévères, telles que les chenilles de chars et de tracteurs, les dents de godet d'excavateur, les lames de bulldozer, les aiguillages de chemin de fer et les mâchoires de concasseur. Ses nuances sont spécifiées dans la norme GB/T 5680-2010 "Austenitic Manganese Steel Castings", telle que ZG100Mn13.
La fonte désigne un groupe d'alliages fer-carbone-silicium à forte teneur en carbone et en silicium, et contient également une quantité considérable d'impuretés telles que le manganèse, le soufre et le phosphore. Dans la fonte, le carbone existe principalement sous forme de graphite. Le processus de précipitation du carbone sous forme de graphite est appelé graphitisation, communément représentée par le symbole G. Différents degrés de graphitisation donnent lieu à différents types, structures et propriétés de la fonte.
Les propriétés mécaniques de la fonte sont inférieures à celles de l'acier, mais la fonte dont la composition est proche de l'eutectique a un point de fusion bas et une bonne fluidité, ce qui lui confère d'excellentes propriétés de coulée, une bonne résistance à l'usure, un bon amortissement des vibrations et une bonne usinabilité. En outre, le processus et l'équipement de production sont simples et le coût est faible, ce qui fait de la fonte l'un des matériaux métalliques les plus utilisés.
En fonction des différentes formes de carbone dans la fonte, celle-ci peut être divisée en trois catégories :
Le carbone est entièrement ou principalement sous forme de graphite, sans structure de lédéburite, et sa surface de rupture est gris foncé. La plupart des fontes utilisées dans l'industrie sont de ce type.
Le processus de graphitisation de ce type de fonte est complètement supprimé. A l'exception d'une petite quantité de carbone dissous dans la ferrite, tout le carbone existe sous la forme de Fe₃C. Sa surface de rupture est blanc argenté, dure et cassante, ce qui la rend difficile à usiner. C'est pourquoi elle est rarement utilisée directement dans l'industrie. Actuellement, la fonte blanche est principalement utilisée comme matière première pour la fabrication de l'acier et pour la production d'ébauches en fonte malléable.
Le processus de graphitisation de ce type de fonte n'est que partiellement réalisé. Une partie du carbone existe sous forme de graphite, et l'autre sous forme de Fe₃C. Sa surface de rupture est tachetée de noir et de blanc, elle est également très dure et cassante, ce qui la rend difficile à usiner. Il est donc rarement utilisé dans l'industrie.
La fonte grise est couramment utilisée dans l'industrie. Ses performances sont liées non seulement à sa composition et à sa structure matricielle, mais aussi à la forme et à la taille du graphite. En fonction des différentes formes de graphite dans la fonte, celle-ci peut être divisée en quatre types :
1) Fonte grise
Son graphite est en forme de flocon et ses propriétés mécaniques sont médiocres, mais son processus de production est simple, son coût est faible et ses performances de coulée sont excellentes, ce qui en fait un produit largement utilisé dans l'industrie.
2) Fonte malléable
Son graphite se présente sous forme d'amas, avec de meilleures propriétés mécaniques que la fonte grise, mais le cycle de production est long et le coût élevé. Elle est généralement utilisée pour la fabrication de petites pièces importantes.
3) Fonte ductile
Son graphite est sphérique, avec les propriétés mécaniques les plus élevées, et sa résistance est proche de celle de l'acier non allié. Le processus de production est plus simple que celui de la fonte malléable. La fonte ductile peut remplacer certains aciers non alliés et alliés dans la fabrication de certaines pièces importantes.
4) Fonte vermiculaire
Son graphite est vermiculaire et ses propriétés mécaniques se situent entre la fonte grise et la fonte ductile. Il s'agit d'un nouveau type de fonte dont l'histoire de développement est relativement courte.
La microstructure de la fonte grise est caractérisée par la présence de graphite lamellaire réparti sur différentes structures matricielles. Selon les différentes structures matricielles, la fonte grise est divisée en :
La structure de la fonte grise est équivalente à du graphite lamellaire réparti sur une matrice d'acier. La résistance, la plasticité et la ténacité du graphite étant extrêmement faibles, il agit comme des fissures et des vides dans la fonte, détruisant la continuité du métal de la matrice et provoquant une concentration de contraintes aux extrémités du graphite lamellaire.
Par conséquent, les propriétés mécaniques de la fonte grise sont nettement inférieures à celles de l'acier non allié. Il s'agit d'un matériau fragile, qui ne convient pas au forgeage et à l'emboutissage, et dont la soudabilité est médiocre. Cependant, la résistance à la compression de la fonte grise est moins affectée par le graphite et sa résistance à la compression est proche de celle de l'acier, ce qui la rend adaptée à la fabrication de pièces de compression mais pas de pièces de tension.
La présence de graphite confère à la fonte grise une meilleure coulabilité, une meilleure résistance à l'usure, un meilleur amortissement des vibrations et une meilleure usinabilité que l'acier non allié, avec une sensibilité à l'entaille plus faible, ce qui en fait une fonte largement utilisée dans l'industrie.
La qualité de la fonte grise se compose de "HT + numéro". "HT" est l'abréviation de "fonte grise" en chinois pinyin, et le nombre représente la valeur minimale de résistance à la traction (MPa) d'une seule barre d'essai coulée d'un diamètre de Φ30mm. Les qualités courantes, les propriétés mécaniques et les utilisations de la fonte grise sont indiquées dans le tableau 7.
Tableau 7 Grades, propriétés mécaniques et utilisations de la fonte grise (extrait de GB/T 9439-2010)
| Catégorie de fonte | Grade | Epaisseur de la paroi de coulée/mm | Résistance à la traction Rm /MPa | Dureté HBW | Microstructure | Exemple d'utilisation | |
| Matrice | Graphite | ||||||
| Fonte grise ferritique | HT100 | 5~40 | ≥100 | ≤170 | F+P (petit) | Flocons grossiers | Les pièces à faible charge et sans importance, telles que les couvercles, les boîtiers, les volants, les supports, les contrepoids, etc. |
| Fonte grise ferritique et perlitique | HT150 | 5~300 | ≥150 | 125~205 | F+P | Flocons plus grossiers | Pièces soumises à des contraintes modérées, telles que les colonnes, les bases, les réducteurs, les tables de travail, les porte-outils, les couvercles d'extrémité, les corps de vanne, les raccords de tuyauterie et les pièces soumises à des exigences générales en matière d'état de fonctionnement. |
| Fonte grise perlitique | HT200 | 5~300 | ≥200 | 150~230 | P | Moyen Floconneux | Les pièces les plus sollicitées et les plus importantes, telles que les blocs-cylindres, les engrenages, les bases de machines, les volants, les lits, les chemises de cylindres, les pistons, les roues de frein, les accouplements, les boîtes de vitesses, les sièges de roulements, les cylindres hydrauliques, etc. |
| HT250 | 5~300 | ≥250 | 180~250 | P | Plus fin Floconneux | ||
| Fonte inoculée | HT300 | 10~300 | ≥300 | 200~275 | Sorbite Ou troostite | Bien Floconneux | Pièces importantes soumises à des contraintes de flexion et de traction élevées, telles que les engrenages, les cames, les mandrins de tour, cisaillement corps de machines et de presses, lits, cylindres hydrauliques à haute pression, boîtiers de vannes à glissière, etc. |
| HT350 | 10~300 | ≥350 | 220~290 | ||||
Le traitement par inoculation consiste à ajouter une petite quantité d'inoculant (ferrosilicium, alliage calcium-silicium, etc.) au fer fondu pendant la coulée afin de modifier les conditions de cristallisation du fer fondu et d'obtenir un graphite floconneux fin et uniformément réparti ainsi qu'une structure perlitique fine.
Le traitement d'inoculation rend la structure et la performance de chaque section de la coulée uniforme et cohérente, améliore la résistance, la plasticité et la ténacité de la fonte et réduit également la sensibilité de la section de la fonte grise. La fonte après traitement d'inoculation est appelée fonte inoculée, et HT300 et HT350 dans le tableau 7 appartiennent à la fonte inoculée.
Étant donné que le traitement thermique ne peut que modifier la structure matricielle de la fonte grise et ne peut changer la forme et la répartition du graphite, il a peu d'effet sur l'amélioration des propriétés mécaniques de la fonte grise.
Par conséquent, le traitement thermique de la fonte grise est principalement utilisé pour éliminer les contraintes internes dans les pièces moulées, améliorer leur usinabilité et augmenter la dureté de la surface et la résistance à l'usure des pièces moulées. Les méthodes courantes de traitement thermique comprennent le recuit de détente (traitement de vieillissement), le recuit d'adoucissement (recuit de graphitisation) et la trempe superficielle.
La fonte ductile est un type de fonte dans lequel un agent sphéroïdisant et un inoculant sont ajoutés avant que la fonte ne soit coulée, ce qui permet au graphite de la fonte d'être distribué sous une forme sphérique, en totalité ou en grande partie.
En fonction de la composition chimique, de la vitesse de refroidissement et de la méthode de traitement thermique, la fonte ductile peut présenter différentes microstructures, notamment des structures matricielles de ferrite, de ferrite + perlite et de perlite. La fonte ductile ferritique présente une bonne plasticité et une bonne ténacité, tandis que la fonte ductile perlitique présente une résistance à la traction et une dureté élevées (plus de 50% de plus que la fonte ductile ferritique). Les propriétés de la fonte ductile à matrice ferrite + perlite sont intermédiaires entre les deux.
Le remplacement de l'acier non allié par la fonte ductile pour les pièces soumises à des charges statiques est sûr et fiable. Actuellement, l'application de la fonte ductile dans la production industrielle et agricole est de plus en plus répandue.
Le grade de la fonte ductile est composé de "QT + nombres-nombres". "QT" est l'abréviation de "fonte ductile" en chinois pinyin, la première série de chiffres représente la valeur de la résistance à la traction (MPa) et la deuxième série de chiffres représente la valeur de l'allongement après rupture. Les qualités courantes, les propriétés mécaniques et les utilisations de la fonte ductile sont indiquées dans le tableau 8.
Tableau 8 Grades, propriétés mécaniques et utilisations de la fonte ductile (extrait de GB/T 1348-2009)
| Grade | Structure de base | Propriétés mécaniques | Exemples d'utilisation | |||
| Rm/MPa | Rp0.2/MP₈ | A(%) | Dureté HBW | |||
| Pas moins de | ||||||
| QT400-8 | Ferrite | 400 | 250 | 18 | 120~175 | Pièces soumises à des chocs et à des vibrations, telles que les moyeux, les boîtiers d'essieu moteur, les boîtiers de différentiel, les fourches de changement de vitesse des automobiles et des tracteurs, les pièces de machines agricoles, les vannes à moyenne et basse pression, les conduites d'eau et de gaz, les cylindres à haute et basse pression des compresseurs, les carters de moteur, les boîtes de vitesses, les carters de volant d'inertie, etc. |
| QT400-5 | 400 | 250 | 15 | 120~180 | ||
| QT450-10 | 450 | 310 | 10 | 160~210 | ||
| QT500-7 | Ferrite +Pearlite | 500 | 320 | 7 | 170~230 | Embases de machines, arbres d'entraînement, volants d'inertie, engrenages de pompes à huile de moteurs à combustion interne, roulements d'essieux de locomotives ferroviaires, etc. |
| QT600-3 | Perlite +Ferrite | 600 | 370 | 3 | 190~270 | Pièces soumises à des charges importantes et à des forces complexes, telles que vilebrequins, bielles, arbres à cames, chemises de cylindres d'automobiles et de tracteurs, broches principales de certaines rectifieuses, fraiseuses, tours, vis sans fin de machines-outils, engrenages à vis sans fin, cylindres de laminoirs, grands engrenages, arbres principaux de petites hydroturbines, blocs-cylindres, galets de ponts roulants, etc. |
| QT700-2 | Perlite | 700 | 420 | 2 | 225~305 | |
| QT800-2 | Pearlite ou Structure tempérée | 800 | 480 | 2 | 245~335 | |
| QT900-2 | Bainite ou Martensite trempée | 900 | 600 | 2 | 280~360 | Engrenages à haute résistance, tels que les engrenages hypoïdes des essieux arrière des automobiles, les grands réducteurs, les vilebrequins, les arbres à cames des moteurs à combustion interne, etc. |
Étant donné que le graphite sphéroïdal a un faible effet de division sur la matrice, les propriétés mécaniques de la fonte ductile dépendent principalement de la structure de la matrice. Par conséquent, l'amélioration de la structure de la matrice par traitement thermique peut améliorer de manière significative les propriétés mécaniques de la fonte ductile. Les méthodes de traitement thermique sont fondamentalement les mêmes que celles utilisées pour l'acier, notamment le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu, et la trempe isotherme.
La fonte malléable est une fonte à graphite floculé obtenue par recuit de graphitisation de la fonte blanche. Le processus de production consiste d'abord à couler la fonte blanche, puis à décomposer la cémentite par un recuit de graphitisation à haute température (également appelé recuit de malléabilité) pour obtenir du graphite floculé.
La fonte malléable est classée en fonte malléable à cœur noir (également connue sous le nom de fonte malléable ferritique), fonte malléable perlitique et fonte malléable à cœur blanc en fonction de la structure matricielle obtenue après le recuit.
Le graphite contenu dans la fonte malléable est floculant. Par rapport à la fonte grise, la fonte malléable présente une meilleure résistance et une meilleure plasticité, en particulier une meilleure résistance aux chocs à basse température. Par rapport à la fonte ductile, elle présente les avantages d'un coût inférieur, d'une qualité stable, d'un traitement simple de la fonte liquide et d'une aptitude à la production organisée.
La résistance à l'usure et l'amortissement des vibrations de la fonte malléable sont supérieurs à ceux de l'acier non allié ordinaire, et son usinabilité est proche de celle de la fonte grise. Elle convient à la fabrication de pièces de petite et moyenne taille à parois minces et de forme complexe, ainsi qu'à la fabrication de pièces nécessitant une grande résistance en raison des vibrations subies en cours de fonctionnement. La fonte malléable doit son nom à sa résistance élevée, à sa plasticité et à sa résistance aux chocs, mais elle ne peut pas être forgée.
Les qualités de fonte malléable couramment utilisées sont composées de "KTH+numéro", "KTZ+numéro" ou "KTB+numéro". "KT" est l'abréviation du pinyin chinois pour "fonte malléable". "KTH" désigne la fonte malléable à cœur noir, "KTZ" désigne la fonte malléable perlitique et "KTB" désigne la fonte malléable à cœur blanc. La première série de chiffres après le symbole indique la valeur de la résistance à la traction (MPa), et la deuxième série de chiffres indique la valeur de l'allongement après rupture. Les nuances, les propriétés mécaniques et les applications de la fonte malléable couramment utilisée sont indiquées dans le tableau 9.
Tableau 9 Grades, propriétés mécaniques et applications de la fonte malléable (extrait de GB/T 9440-2010)
| Type | Grade | Diamètre de l'échantillon/mm | Propriétés mécaniques | Exemples d'applications | |||
| Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A(%) | HBW | ||||
| Pas moins de | |||||||
| Fonte malléable Blackheart | KTH300-06 | 12 ou 15 | 300 | 6 | ≤150 | Coudes, raccords en T, vannes moyenne et basse pression Portes, etc. | |
| KTH330-08 | 330 | 8 | Clés, lames de charrue, colonnes de charrue, passages de roue, etc. | ||||
| KTH350-10 | 350 | 200 | 10 | Boîtiers de roues avant et arrière d'automobiles et de tracteurs, boîtiers de différentiel, boîtiers d'articulation de direction, freins, pièces de chemin de fer, etc. | |||
| KTH370-12 | 370 | 12 | |||||
| Fonte malléable perlitique | KTZ450-06 | 12 ou 15 | 450 | 270 | 6 | 150~200 | Pièces à forte charge et résistantes à l'usure, telles que vilebrequins, arbres à cames, bielles, engrenages, segments de piston, bagues, disques de hersage, articulations universelles, cliquets, clés, Chaînes d'entraînement, etc. |
| KTZ550-04 | 550 | 340 | 4 | 180~230 | |||
| KTZ650-02 | 650 | 430 | 2 | 210~260 | |||
| KTZ700-02 | 750 | 530 | 2 | 240~290 | |||
La fonte à graphite compacté est une fonte à graphite vermoulu obtenue en ajoutant une quantité appropriée d'agent vermiculant et d'inoculant à de la fonte en fusion d'une certaine composition. Sa méthode de production et son procédé sont fondamentalement les mêmes que ceux de la fonte ductile.
Étant donné que la plupart du graphite de la fonte graphitée compactée est vermoulu, sa structure et ses propriétés se situent entre celles de la fonte ductile et de la fonte grise avec la même structure matricielle. Sa résistance, sa ténacité, sa résistance à la fatigue, sa résistance à l'usure et sa résistance à la fatigue thermique sont plus élevées que celles de la fonte grise, et sa sensibilité à la section est également faible. Cependant, sa plasticité et sa ténacité sont inférieures à celles de la fonte ductile. La coulabilité, l'amortissement des vibrations, la conductivité thermique et l'usinabilité de la fonte graphite compactée sont meilleurs que ceux de la fonte ductile, et sa résistance à la traction est proche de celle de la fonte ductile.
Les qualités de fer graphite compacté sont composées de "RuT+numéro", où "RuT" est l'abréviation du pinyin chinois pour "fer compacté", et le numéro indique sa valeur de résistance à la traction (MPa). Les qualités, les propriétés mécaniques et les applications du fer graphite compacté sont indiquées dans le tableau 10.
Tableau 10 Grades, propriétés mécaniques et applications de la fonte à graphite vermiculaire (extrait de GB/T 26655-2011)
| Grade | Propriétés mécaniques | Exemples d'applications | |||
| Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A(%) | HBW | ||
| Pas moins de | |||||
| RuT300 | 300 | 210 | 2.0 | 140~210 | Tuyaux d'échappement, boîtiers de boîte de vitesses, culasses, pièces hydrauliques, pièces de machines textiles, moules à lingots, etc. |
| RuT350 | 350 | 245 | 1.5 | 160~220 | Pièces de machines-outils lourdes, grands carters de boîtes de vitesses, couvercles, socles, volants d'inertie, levage les tambours de machine, etc. |
| RuT400 | 400 | 280 | 1.0 | 180~240 | Segments de piston, chemises de cylindre, disques de frein, disques de broyage de billes d'acier, pompe de dragage corps, etc. |
| RuT450 | 450 | 315 | 1.0 | 200~250 | |
Le traitement thermique de la fonte à graphite vermiculaire consiste principalement à ajuster sa structure matricielle pour répondre à différentes exigences en matière de propriétés mécaniques. Les processus de traitement thermique les plus courants sont la normalisation et le recuit. Le but de la normalisation est d'augmenter la quantité de perlite, améliorant ainsi la solidité et la résistance à l'usure ; le recuit permet d'obtenir une matrice contenant plus de 85% de ferrite ou d'éliminer la cémentite libre dans les zones à parois minces.
La fonte alliée est une fonte dans laquelle certains éléments d'alliage sont intentionnellement ajoutés pendant la fusion pour améliorer ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques ou pour obtenir certaines propriétés spéciales, telles que la fonte résistante à l'usure, la fonte résistante à la chaleur et la fonte résistante à la corrosion.
La fonte résistante à l'usure peut être divisée grossièrement en fonte antifriction et en fonte résistante à l'usure en fonction de ses conditions d'utilisation.
La fonte antifriction exige une faible usure, un faible coefficient de frottement, une bonne conductivité thermique et une bonne technologie de traitement pendant le fonctionnement. Les fontes antifriction les plus courantes sont : la fonte grise à matrice perlitique (avec de bonnes propriétés antifriction) et la fonte à haute teneur en phosphore (avec une résistance à l'usure importante, couramment utilisée pour les bancs et les tables de travail des tours, des fraiseuses et des aléseuses).
La fonte anti-usure est utilisée pour les pièces moulées qui travaillent dans des conditions de frottement sec sans lubrification, nécessitant une structure avec une dureté élevée et uniforme. Les fontes anti-usure les plus courantes sont : la fonte refroidie (qui présente une résistance élevée à l'usure et peut supporter certains impacts), la fonte blanche anti-usure (largement utilisée pour fabriquer des pièces résistantes à l'usure telles que les rouleaux et les roues) et la fonte ductile au manganèse moyen (largement utilisée pour fabriquer des pièces soumises à des charges d'impact et à des conditions d'usure, telles que les socs de charrue, les boulets de broyage pour les broyeurs à boulets et les plaques de chenilles de tracteurs).
La résistance à la chaleur de la fonte se réfère principalement à sa capacité à résister à l'oxydation et à la croissance thermique à des températures élevées. La "croissance thermique" fait référence à l'expansion irréversible du volume de la fonte à des températures élevées, qui peut augmenter d'environ 10% dans les cas les plus graves.
Les principales raisons sont que les gaz oxydants pénètrent dans la fonte pour former des oxydes de faible densité et de grand volume ; les carbures se décomposent à haute température pour produire du graphite de faible densité et de grand volume ; et des changements de phase se produisent dans la matrice de la fonte pendant le chauffage et le refroidissement. Le résultat final de la croissance thermique peut conduire à la déformation, au gauchissement, à la fissuration, voire à la rupture des pièces.
Les nuances, compositions, températures de fonctionnement et applications des fontes thermorésistantes couramment utilisées figurent dans la norme nationale (GB/T 9437-2009).
La fonte résistante à la corrosion possède non seulement certaines propriétés mécaniques, mais elle doit également présenter une résistance élevée à la corrosion lorsqu'elle est utilisée dans des milieux corrosifs.
La fonte résistante à la corrosion est largement utilisée dans des industries telles que la pétrochimie et la construction navale pour fabriquer des pièces telles que des tuyaux, des vannes, des pompes et des conteneurs qui fonctionnent fréquemment dans des milieux tels que l'atmosphère, l'eau de mer, les acides, les alcalis et les sels. Cependant, chaque type de fonte résistant à la corrosion a un certain domaine d'application, et il est nécessaire de le sélectionner raisonnablement en fonction du milieu corrosif et des conditions de travail. Les compositions et les domaines d'application des fontes résistantes à la corrosion couramment utilisées peuvent être consultés dans les manuels sur les matériaux métalliques.
Les métaux non ferreux désignent tous les autres métaux à l'exception de l'acier et de la fonte, également connus sous le nom de métaux non ferreux. Il existe de nombreux types de métaux non ferreux, notamment le cuivre (Cu), l'aluminium (Al), le titane (Ti), le magnésium (Mg), le tungstène (W), le molybdène (Mo) et leurs alliages. La fusion des métaux non ferreux est relativement difficile et coûteuse, et leur production et leur utilisation sont bien inférieures à celles des matériaux en acier.
Cependant, les métaux non ferreux possèdent certaines propriétés physiques et chimiques particulières que les matériaux en acier ne possèdent pas. C'est pourquoi les métaux non ferreux sont devenus des matériaux indispensables à l'industrie moderne. Voici une brève introduction aux alliages d'aluminium et aux alliages de cuivre, qui sont largement utilisés dans la production industrielle.
L'aluminium pur est actuellement le métal non ferreux le plus utilisé dans l'industrie. La pureté de l'aluminium industriel pur est comprise entre 98,81 TTP3T et 99,71 TTP3T. L'aluminium pur a une faible densité de seulement 2,72 g/cm³ ; il a une conductivité électrique et thermique élevée, qui le place en deuxième position après l'argent, le cuivre et l'or, en quatrième position.
L'aluminium présente une bonne résistance à la corrosion atmosphérique, mais ne résiste pas à la corrosion par les acides, les alcalis et les sels. L'aluminium pur a une faible résistance, une grande plasticité et n'est pas ferromagnétique. Il peut être transformé en divers profils (tels que des fils, des tiges et des tubes) par déformation à froid et à chaud, mais ne peut pas être utilisé comme pièces structurelles porteuses.
Les alliages d'aluminium sont obtenus en ajoutant des quantités appropriées d'éléments d'alliage tels que Cu, Si, Mg, Zn et Mn à l'aluminium et en utilisant des méthodes telles que le renforcement par solution solide. Les alliages d'aluminium ont une résistance élevée tout en conservant la faible densité, la bonne conductivité électrique et la conductivité thermique de l'aluminium pur. Certains alliages d'aluminium peuvent également être renforcés par déformation à froid ou traitement thermique, ce qui les rend adaptés à la fabrication de pièces mécaniques supportant certaines charges.
1) Classification des alliages d'aluminium
En fonction de leur composition et de leurs caractéristiques de traitement, les alliages d'aluminium couramment utilisés peuvent être divisés en alliages d'aluminium corroyés et alliages d'aluminium coulés. Les alliages d'aluminium corroyés ont une bonne plasticité et conviennent au traitement sous pression, tandis que les alliages d'aluminium coulés ont une bonne plasticité et conviennent au traitement sous pression. aluminium moulé ont une structure eutectique, un point de fusion bas, une bonne fluidité et conviennent à la coulée.
2) Traitement thermique des alliages d'aluminium
Les principes du traitement thermique des alliages d'aluminium sont différents de ceux de l'acier car les alliages d'aluminium ne subissent pas de transformations allotropiques et ne peuvent pas être renforcés par une transformation martensitique comme l'acier. Les alliages d'aluminium peuvent obtenir une structure de solution solide monophasée après le chauffage, et il y a des changements de solubilité à l'état solide. Par conséquent, les alliages d'aluminium peuvent être renforcés par un traitement de trempe et de vieillissement (appelé traitement de vieillissement en solution).
La résistance des alliages d'aluminium n'est pas élevée après la trempe et doit être placée à température ambiante pendant un certain temps avant que la résistance et la dureté n'augmentent de manière significative. Ce phénomène est appelé durcissement par vieillissement. Le vieillissement à température ambiante est appelé vieillissement naturel, tandis que le vieillissement dans des conditions de chauffage (100~200℃) est appelé vieillissement artificiel. Le traitement de trempe et de vieillissement n'est pas seulement le principal moyen de renforcer les alliages d'aluminium, mais aussi un moyen important de renforcer d'autres métaux non ferreux.
Le cuivre industriel pur, appelé cuivre pur, a un point de fusion de 1083℃. Il possède une bonne conductivité électrique et thermique (la deuxième après l'argent), une bonne résistance à la corrosion dans l'atmosphère et dans l'eau douce, et il est non magnétique.
Le cuivre pur a une résistance et une dureté faibles, une bonne plasticité, une bonne ténacité et une bonne soudabilité. Il peut être transformé en divers profils adaptés à l'industrie électrique (tels que les fils, les câbles et les tubes en cuivre), aux équipements de communication et aux instruments antimagnétiques et non magnétiques par déformation à froid et à chaud.
Les alliages de cuivre sont obtenus en ajoutant des quantités appropriées d'éléments tels que le silicium, le zinc et l'aluminium au cuivre et en subissant un traitement d'alliage. Ces alliages ont une résistance et une ténacité qui répondent aux exigences d'utilisation. Selon leur composition chimique, les alliages de cuivre sont divisés en laiton, cupronickel et bronze. Selon leurs méthodes de production, les alliages de cuivre sont divisés en alliages de cuivre corroyés et alliages de cuivre coulés. Les plus utilisés dans l'industrie sont le laiton et le bronze.
1) Laiton
Le laiton est un alliage de cuivre dont le zinc (Zn) est le principal élément d'alliage et qui doit son nom à sa couleur dorée. Le laiton est divisé en laiton ordinaire et laiton spécial en fonction de sa composition. Le laiton ordinaire est un alliage binaire composé de cuivre et de zinc.
Le laiton ordinaire est divisé en laiton transformé et laiton coulé selon différentes méthodes de production.
Le laiton spécial est un alliage de cuivre formé par l'ajout d'éléments tels que le plomb (Pb), l'aluminium (Al), l'étain (Sn) et le silicium (Si) au laiton ordinaire. Il est également appelé laiton au plomb, laiton à l'aluminium, laiton à l'étain, laiton au silicium, etc.
2) Bronze
Le bronze est un alliage de cuivre autre que le laiton et le cupronickel (alliage de cuivre et de nickel). En fonction des différentes méthodes de production, il peut être divisé en bronze traité et en bronze coulé ; en fonction des différentes compositions, il peut être divisé en bronze ordinaire et en bronze spécial.
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