Qu’est-ce que l’acier à outils ?
Les aciers à outils sont des matériaux en acier dotés de propriétés telles qu’une dureté élevée, une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une résistance à la corrosion, qui sont utilisés comme outils de coupe et de formage.
Les normes industrielles japonaises (JIS) classent les aciers à outils en trois types : les aciers à outils au carbone, les aciers à outils alliés et les aciers à outils rapides. Les aciers à outils au carbone sont les plus couramment utilisés. Les aciers à outils alliés sont des aciers spéciaux dotés de propriétés telles qu’une dureté élevée, une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une résistance à la corrosion, et sont utilisés comme outils de coupe et de formage. Les aciers à outils alliés sont disponibles pour le moulage à froid ou à chaud, tandis que les aciers à outils à haute vitesse comprennent les aciers à base de tungstène et de molybdène.
Utilisations des aciers à outils
Voici quelques exemples des principales utilisations des aciers à outils
1. Outils de coupe
Les lames de tour, les lames de fraiseuse et les forets en sont des exemples.
2. Outils de laminage
Rouleaux de laminage pour le traitement des tôles et des barres métalliques, matrices de presse pour le formage des barres métalliques, etc.
3. Moules
Moules pour le formage des plastiques et des métaux.
4. Composants d’appareils de commande
Il s’agit de pièces pour des machines telles que les automobiles et les avions.
5. Composants électroniques
Il s’agit notamment de tubes pour chauffages à haute fréquence, de tubes à vide, etc.
6. Outils de coupe
Couteaux, ciseaux, lames de cutter et autres outils de coupe.
7. Roulements
Il s’agit de composants de roulements à haute dureté et résistants à l’usure, utilisés dans des pièces rotatives soumises à des charges élevées.
Types d’acier à outils
La JIS classe les aciers à outils en trois types : les aciers à outils au carbone, les aciers à outils alliés et les aciers à outils rapides.
1. Acier à outils au carbone
Les aciers à outils au carbone sont des aciers à haute teneur en carbone principalement utilisés pour les outils de coupe et les moules. Ils présentent généralement une dureté élevée et une excellente résistance à l’usure, à la chaleur et à la corrosion. Ils sont classés en 11 types selon la norme JIS G 4401.
2. Aciers à outils alliés
Les aciers à outils alliés présentent généralement des propriétés telles qu’une dureté élevée, une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une résistance à la corrosion et sont utilisés dans la fabrication d’outils et de matrices. Les aciers à outils alliés sont classés en quatre groupes dans la norme JIS G 4404 : les aciers à outils de coupe (8 types), les aciers à outils résistants aux chocs (4 types), les moules à froid (10 types) et les moules à chaud (10 types), soit un total de 32 types.
3. Aciers à outils à haute vitesse
Les aciers à outils rapides sont classés en trois groupes selon la norme JIS G 4403 : à base de tungstène (4 types), à base de molybdène fabriqué par métallurgie des poudres (1 type) et à base de molybdène (10 types), soit un total de 15 types.
Les aciers à outils rapides à base de tungstène sont un type d’acier à outils contenant du tungstène comme principal élément d’alliage, et présentent des propriétés telles qu’une dureté élevée, une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une capacité de coupe. Ils sont principalement utilisés dans la fabrication d’outils et de moules pour la coupe des métaux et conviennent aux opérations de coupe à grande vitesse.
Les aciers à outils rapides à base de molybdène sont un type d’acier à outils contenant du molybdène comme principal élément d’alliage et se caractérisent par une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une ténacité élevées lors de la coupe à grande vitesse.
Les aciers à outils rapides à base de molybdène produits par métallurgie des poudres ont une structure et une densité uniformes et peuvent présenter une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une ténacité élevées. Le mélange et le frittage uniformes se traduisent généralement par une dureté plus élevée et une durée de vie plus longue que les aciers conventionnels.
Propriétés des aciers à outils
Les principales propriétés des aciers à outils sont.
1. La dureté
Les aciers à outils se caractérisent par leur grande dureté et leur capacité à supporter des opérations à forte charge telles que la coupe et l’usinage. Ils sont utilisés dans la fabrication d’outils, de moules et d’autres composants où la durabilité est requise.
2. Résistance à l’usure
Les aciers à outils se caractérisent par une excellente résistance à l’usure et peuvent supporter une utilisation prolongée. Ils sont largement utilisés dans les outils de coupe et les moules à grande vitesse, car ils résistent à la déformation et à l’usure causées par le frottement et la chaleur pendant les opérations de coupe et d’usinage.
3. Résistance à la chaleur
Les aciers à outils se caractérisent par leur résistance à la déformation, même dans des conditions de chaleur élevée, et par leur capacité à supprimer le ramollissement induit par la chaleur. Ils conviennent donc aux travaux effectués dans des environnements à haute température, tels que les processus de coupe et de moulage à haute température.
4. Malléabilité
Les aciers à outils conviennent aux opérations de forgeage et peuvent être façonnés en diverses formes. Ils conviennent donc à la fabrication de pièces exigeant une grande précision, telles que les moules et les lames de forme complexe.
5. Nuances d’acier
Il existe différents types d’acier à outils, notamment l’acier rapide, l’acier à haute teneur en carbone et l’acier à outils spécial. Chaque nuance d’acier possède des propriétés différentes et l’acier approprié doit être choisi en fonction de l’application.
Autres informations sur les aciers à outils
1. Stabilité dimensionnelle
Les aciers à outils doivent présenter une dureté, une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une résistance à la corrosion élevées ; il est donc important qu’ils ne se déforment pas et ne s’usent pas après de longues périodes d’utilisation. En outre, les produits et les composants fabriqués à partir d’acier à outils peuvent devoir présenter une grande précision de forme. Les aciers à outils sont conçus pour avoir une grande stabilité dimensionnelle et peu de changement de forme après un traitement thermique.
Pour améliorer la stabilité dimensionnelle, il est important d’éliminer les impuretés de l’acier et d’appliquer le traitement thermique approprié. Par exemple, la production d’acier à outils comprend un processus d’affinage à haute température, car les impuretés de l’acier, telles que les oxydes et le carbone, peuvent réagir à haute température et provoquer une oxydation et une altération. Le traitement thermique est également un processus important utilisé pour ajuster les propriétés mécaniques telles que la dureté et la résistance en modifiant les propriétés de l’acier.
2. Résistance à la corrosion
La résistance à la corrosion est une autre propriété importante des aciers à outils, car ils sont souvent utilisés dans des environnements humides et corrosifs. Les moules et les outils de coupe, par exemple, peuvent entrer en contact avec l’humidité ou des matériaux corrosifs, ce qui peut réduire la durée de vie des pièces et des produits. La résistance à la corrosion est particulièrement nécessaire pour les outils et les matrices qui entrent en contact avec des matériaux corrosifs, tels que les plastiques et la transformation des aliments.
En général, la résistance à la corrosion des aciers à outils peut être améliorée par l’ajout d’éléments d’alliage ou par des traitements spéciaux. Par exemple, des éléments d’alliage tels que le chrome ou le molybdène peuvent être ajoutés pour améliorer la résistance à la corrosion. Une autre caractéristique est que la résistance à la corrosion des aciers à outils peut être améliorée par un traitement thermique ou un traitement de surface approprié.
3. Contrôle des propriétés mécaniques
Les aciers à outils ont des propriétés mécaniques variées qui dépendent des matériaux constitutifs et du traitement thermique. Les principales propriétés mécaniques des aciers à outils sont la dureté, la résistance, la ténacité, la résistance à la fatigue, la résistance à la chaleur, la résistance à l’usure et la résistance à la corrosion. Ces propriétés mécaniques sont contrôlées par la quantité d’éléments d’alliage ajoutés, la méthode de refroidissement et le type et les conditions du traitement thermique.
En général, les traitements thermiques des aciers à outils comprennent la trempe, le revenu, le recuit et la trempe superficielle. La trempe est une méthode permettant d’augmenter la dureté de l’acier à outils en le chauffant à une température élevée, puis en le refroidissant rapidement. Le revenu est le processus d’adoucissement de la dureté par chauffage et refroidissement après la trempe. Le recuit améliore la ténacité en chauffant l’acier à outils à basse température pendant de longues périodes. La trempe superficielle est une méthode permettant d’augmenter la dureté en chauffant la surface à haute fréquence.
La quantité d’éléments d’alliage ajoutée à l’acier à outils est également importante pour contrôler les propriétés mécaniques telles que la dureté, la résistance et la ténacité. Les éléments d’alliage courants sont le chrome, le vanadium, le molybdène, le cobalt, le tungstène, le manganèse, le silicium, le nickel et le cuivre. L’ajout de ces éléments d’alliage permet d’ajuster les propriétés des aciers à outils.