Qu’est-ce que l’acier inoxydable durci par précipitation ?
L’acier inoxydable durci par précipitation est un type d’acier inoxydable souvent utilisé dans des environnements où une grande solidité et une grande résistance à la corrosion sont requises.
Les éléments d’alliage tels que le chrome, le nickel et le manganèse présents dans l’acier inoxydable durci par précipitation améliorent la résistance à la corrosion, la solidité et la résistance à l’usure de l’acier inoxydable. Le traitement de durcissement à haute température permet d’obtenir une résistance mécanique et une résistance à la corrosion très élevées. La structure cristalline de l’acier inoxydable est modifiée et des phases spéciales de renforcement sont précipitées, ce qui augmente la résistance.
Utilisations de l’acier inoxydable durci par précipitation
1. Centrales nucléaires
Les composants tels que les barres de contrôle, les barres de combustible nucléaire et les tubes de refroidissement en sont des exemples.
Les barres de contrôle sont des composants utilisés pour contrôler la réaction de fission dans les réacteurs nucléaires et se présentent sous la forme de barres de plusieurs mètres de long. Les barres de combustible nucléaire sont les composants qui déclenchent la réaction de fission dans le réacteur et génèrent de l’énergie thermique. Elles sont généralement de forme cylindrique. Les tubes de refroidissement sont des composants tubulaires destinés à refroidir la chaleur générée dans le réacteur.
2. Équipements médicaux
Il s’agit de composants pour les articulations artificielles, les instruments chirurgicaux, les stimulateurs cardiaques et les implants dentaires.
3. Industrie pétrolière et gazière
Il s’agit de composants d’équipement pour les plates-formes pétrolières sous-marines, les oléoducs et les raffineries de pétrole, par exemple les vannes et les tuyaux.
4. Industrie automobile
Pièces de moteur à haute performance, suspension et pièces de carrosserie, par exemple les vilebrequins, arbres à cames, etc. Le vilebrequin d’une automobile est l’un des composants qui convertissent le mouvement vertical du piston en mouvement de rotation dans un moteur à combustion interne. L’arbre à cames d’une automobile est l’un des composants qui contrôlent l’ouverture et la fermeture des soupapes dans un moteur à combustion interne.
5. Industrie électronique
Il s’agit notamment d’instruments de mesure de haute précision et de composants pour les équipements de fabrication de semi-conducteurs, par exemple les capteurs et les vannes de distribution de gaz.
Les vannes de distribution de gaz sont utilisées dans les équipements de fabrication de semi-conducteurs pour fournir des gaz de haute pureté par le biais de la tuyauterie. Les capteurs sont utilisés pour mesurer des paramètres tels que la température, la pression et le débit dans les instruments de mesure de haute précision et les équipements de fabrication de semi-conducteurs.
Types d’acier inoxydable durci par précipitation
La norme japonaise JIS spécifie deux types d’acier inoxydable durci par précipitation : SUS 630 et SUS 631. Tous deux sont soumis à un traitement thermique de durcissement par précipitation après un traitement de mise en solution.
Le SUS 630 est une nuance contenant principalement du chrome, du nickel et de petites quantités de cuivre, et le durcissement est accéléré par le processus de litchinisation. Le traitement de litchinisation durcit en précipitant le cuivre et en renforçant les joints de grains.
La litchinisation est un type de traitement thermique pour les aciers inoxydables durcis par précipitation et s’effectue après le traitement thermique de mise en solution. Le traitement de litchinisation permet à certains éléments d’alliage contenus dans l’acier de précipiter et de s’accumuler au niveau de défauts tels que les joints de grains. Cela renforce et durcit les grains.
Lors du traitement thermique du SUS 631, il est possible d’ajouter de l’aluminium pour augmenter la dureté. En effet, l’aluminium précipite et durcit les joints de grains en les renforçant.
Propriétés de l’acier inoxydable durci par précipitation
Les principales propriétés des aciers inoxydables durcis par précipitation sont.
1. Résistance
L’acier inoxydable durci par précipitation est un matériau à haute résistance. Cela est dû au fait que le processus de durcissement par précipitation forme de fins précipités. Ils augmentent la surface du joint de grain et donc la résistance, à mesure que les grains de cristal deviennent plus fins. La distribution de fins précipités aux joints de grains a également un effet de renforcement des joints de grains et améliore la résistance à la fatigue.
Les joints de grains ont tendance à être moins résistants parce qu’ils contiennent des défauts et des régions amorphes à l’intérieur du matériau. Cependant, comme dans les aciers inoxydables durcis par précipitation, la distribution de fins précipités aux joints de grains améliore la résistance des joints de grains, en les consolidant et en empêchant le glissement et la migration aux joints de grains.
2. Résistance à la corrosion
Les aciers inoxydables durcis par précipitation sont résistants à la corrosion. La raison en est la formation d’un film d’oxyde dû à la teneur élevée en chrome et la résistance à la corrosion due aux éléments d’alliage. Les éléments d’alliage tels que le chrome, le nickel et le manganèse protègent la surface de l’acier et empêchent ainsi la corrosion. Les aciers inoxydables durcis par précipitation se caractérisent donc par les mêmes propriétés de résistance à la corrosion que les aciers inoxydables courants.
3. Trempabilité
Les aciers inoxydables durcis par précipitation sont généralement des matériaux présentant une excellente trempabilité. En effet, ils peuvent être traités thermiquement pour former des produits durcis par précipitation.
Les aciers inoxydables durcis par précipitation sont traités par mise en solution à des températures élevées, puis trempés pour former un durcisseur par précipitation. Le traitement de mise en solution modifie la microstructure de l’acier et augmente sa dureté et sa résistance.
4. Résistance à la chaleur
Les aciers inoxydables durcis par précipitation présentent une excellente résistance à la chaleur. La raison en est que la teneur élevée en chrome et en éléments d’alliage forme un film d’oxyde qui protège la surface de l’acier. Les fins précipités formés par le traitement de durcissement par précipitation maintiennent la résistance de l’acier à des températures élevées. Les précipités répartis sur les joints de grains augmentent également la résistance des joints de grains. Cela maintient la résistance de l’acier à des températures élevées.
5. Résistance à la fatigue
Les aciers inoxydables durcis par précipitation sont des aciers à haute résistance mécanique et à excellente résistance à la corrosion. Les raisons sont dues à leur haute résistance, leur excellente résistance à la corrosion, leur structure cristalline dense et leur excellente performance en matière de traitement thermique, comme suit.
La haute résistance permet de réduire les déformations dues à la fatigue, ce qui prolonge la durée de vie. Les aciers inoxydables présentent généralement une résistance élevée à la corrosion, ce qui réduit les fissures dues à la fatigue. Des vitesses de refroidissement plus lentes entraînent une structure cristalline dense, qui supprime les fissures de fatigue et augmente la résistance à la fatigue. Le traitement thermique améliore également la résistance à la fatigue grâce à la formation de fins précipités.
Autres informations sur l’acier inoxydable durci par précipitation
1. Soudabilité
Les aciers inoxydables durcis par précipitation sont généralement soudables mais il convient de noter qu’un grippage et des défauts de soudage peuvent se produire. Par conséquent, un traitement de durcissement et un préchauffage sont nécessaires, ainsi que des conditions de soudage appropriées. Il convient également de noter que le soudage peut entraîner une fragilisation intergranulaire en raison de la présence de fins précipités près des joints de grains.
2. Magnétisme
Les SUS 630 et SUS 631 sont des matériaux magnétiques. L’état de traitement thermique de mise en solution, les SUS 630 et SUS 631 ne sont pas magnétiques. Cependant, après un traitement de durcissement par précipitation, les SUS 630 et SUS 631 présentent un fort magnétisme. Ce phénomène s’explique par la formation de microrégions magnétiques dans le matériau.
Le traitement de durcissement par précipitation forme des précipités dans le matériau, et le magnétisme est dû à la présence de petites régions magnétiques dans les précipités. Ces zones font partie du matériau et, bien que les zones individuelles soient minuscules, à mesure que le nombre de zones augmente, le matériau dans son ensemble devient magnétique.
3. Difficultés d’usinage
En raison de leur dureté et de leur résistance élevées, les aciers inoxydables durcis par précipitation peuvent être plus difficiles à usiner que les aciers inoxydables généraux. Toutefois, l’usinabilité peut être améliorée en choisissant les méthodes et les conditions d’usinage appropriées.