Aciers inoxydables

À propos du matériau

Les aciers inoxydables sont le groupe de matériaux le plus utilisé dans le domaine de la précision. Ils se distinguent par leur résistance à la corrosion, leur longévité et leur polyvalence. Leur teneur en chrome d’au moins 11 % est décisive, car elle forme une couche passive protectrice qui constitue la base de leur grande résistance aux influences chimiques et physiques.

Selon la structure (austénite, ferrite ou martensite) et selon les additifs d’alliage tels que le nickel, le molybdène ou l’azote, il est possible de définir des propriétés de manière ciblée allant de la ductilité élevée à la dureté et la résistance à l’usure, en passant par la résistance à la chaleur.

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Aciers inoxydables austénitiques

Les nuances austénitiques (p. ex. V2A / 1.4301, V4A / 1.4404) sont les aciers inoxydables les plus utilisés. Ils contiennent du chrome (env. 16 à 26 %) et du nickel (env. 8 à 22 %) et sont souvent complétés par du molybdène pour améliorer encore la résistance à la corrosion.

Ces matériaux ont une structure cubique à face centrée, ne sont pas magnétisables à l’état recuit et ne peuvent pas être durcis par traitement thermique. Leur résistance peut toutefois être ajustée de manière ciblée par écrouissage. Les aciers inoxydables austénitiques se caractérisent par une excellente résistance à la corrosion : la couche stable d’oxyde de chrome offre une protection fiable contre la rouille, même dans des environnements agressifs. Ils sont très ductiles, facilement déformables, soudables ainsi que durs et incassables même à basses températures.

Grâce à ces propriétés, les aciers inoxydables austénitiques sont extrêmement polyvalents. Ils sont utilisés dans des environnements chimiques agressifs tels que les installations chimiques ou la technologie alimentaire et conservent leurs propriétés mécaniques sur une large plage de températures.

Les applications typiques sont les suivantes :

•  Ressorts, par exemple ressorts à lame et ressorts de compression en acier à ressort 1.4310
• Pièces de contact dans l’électrotechnique
• Composants de précision
• Composants décoratifs répondant à des exigences élevées en matière de polissage et d’absence de corrosion

Les aciers à ressort austénitiques tels que la nuance 1.4310 fournissent des forces de rappel élevées. Pour les éléments de construction décoratifs, on privilégie les nuances 1.4301 ou 1.4404.

Aciers inoxydables martensitiques

Les nuances martensitiques combinent une résistance modérée à la corrosion avec une dureté et une résistance élevées. Ils contiennent généralement de 12 à 19 % de chrome et affichent une teneur accrue en carbone comprise entre 0,1 et 1,2 %. Contrairement aux matériaux austénitiques, ils peuvent être durcis par traitement thermique, par exemple par trempe et revenu.

La structure tétragonale centrée qui en résulte les rend magnétiques à l’état trempé. Après un traitement thermique approprié, les aciers inoxydables martensitiques atteignent des valeurs de dureté de 55 à 60 HRC. Ils se caractérisent par une résistance élevée à la traction, une bonne résistance à l’usure et une résistance à la corrosion limitée par rapport aux autres nuances d’acier inoxydable. Leur ténacité réduite nécessite une conception minutieuse des composants afin d’éviter les ruptures fragiles.

Les applications typiques se font partout où une résistance, une dureté et une résistance à l’usure élevées sont exigées, en particulier pour les objets suivants :

• Outils de coupe et lames, p. ex. lames de scalpel et lames industrielles en 1.4034
• Instruments chirurgicaux tels que ciseaux ou pinces
• Pièces techniques fonctionnelles, telles que soupapes, arbres ou composants de roulement à billes
• Composants de précision soumis à de fortes sollicitations mécaniques, p. ex. en 1.4112 ou 1.4125
• Outils utilisés dans l’industrie horlogère, p. ex. pour ouvrir les boîtiers

Grâce à leur dureté et à leur trempabilité, les aciers inoxydables martensitiques sont idéaux pour les composants mobiles et coupants à longue durée de vie, en particulier dans les environnements huileux ou secs, où une résistance modérée à la corrosion suffit.

Aciers inoxydables ferritiques

Les aciers inoxydables ferritiques sont principalement composés de chrome (généralement de 11 à 18 %) avec une teneur en carbone très faible (moins de 0,1 %) et une teneur en nickel faible, voire nulle. Ils présentent une structure purement ferritique, cubique centrée dans l’espace, sont magnétiques et ne peuvent pas être durcis par traitement thermique. Le durcissement par écrouissage ne permet d’augmenter la résistance que de manière limitée.

Ils se caractérisent par une bonne résistance à la corrosion dans des milieux peu agressifs tels que l’eau ou les atmosphères humides. À cela s’ajoute une très bonne résistance à l’oxydation à des températures élevées, un avantage essentiel par rapport à d’autres groupes d’acier inoxydable. Sur le plan mécanique, les nuances ferritiques offrent une résistance modérée, une bonne déformabilité et une ténacité relativement limitée. Une fragilisation peut survenir, en particulier à basse température. L’aptitude au soudage est limitée, car une croissance des grains et une fragilisation peuvent se produire lors du soudage. Les variantes stabilisées au titane ou au niobium offrent ici des propriétés améliorées.

Les aciers inoxydables ferritiques sont considérés comme une solution rentable pour de nombreuses applications de masse. Les domaines d’application typiques sont les suivants :

• Appareils ménagers et électroménagers
• Architecture et construction
• Technique automobile, p. ex. pots d’échappement (1.4512 / AISI 409), baguettes décoratives
• Réservoirs, manchons et structures présentant des exigences moyennes en matière de résistance et de protection anticorrosion

Les variantes en alliage spécial, telles que le 1.4742 avec environ 25 % de chrome, conviennent aux applications à températures élevées. Elles présentent une excellente résistance à la mise à l’échelle jusqu’à environ 800 à 900 °C et sont utilisées dans les éléments chauffants et les éléments de poêle.

Aciers duplex et superduplex

Les aciers inoxydables duplex combinent des éléments de structure ferritiques et austénitiques dans des proportions à peu près égales. Cette structure biphasée leur confère une très grande résistance mécanique (avec une limite d’élasticité environ deux fois plus élevée que celle des austénites standard) ainsi qu’une bonne ténacité, même à basses températures.

Leur composition chimique typique comprend 19 à 28 % de chrome, 5 à 8 % de nickel, jusqu’à 4 % de molybdène et environ 0,1 à 0,3 % d’azote. L’interaction de la structure et de l’alliage assure une excellente résistance à la corrosion, en particulier contre la fissuration par corrosion sous contrainte et la corrosion par piqûres dans les milieux chlorurés. La résistance aux chlorures est nettement supérieure à celle des qualités purement austénitiques.

En raison de leurs propriétés, les aciers inoxydables duplex sont utilisés de préférence dans les domaines exposés à la corrosion, par exemple dans la technique chimique, dans la technique énergétique et des procédés ainsi que dans les systèmes d’acheminement de l’eau de mer de la technique offshore et relative à l’eau de mer.