Proprits mcaniques des aciers inoxydables Support de cours

Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Support de cours pour enseignants d’Architecture et de Génie Civil Module 6 Propriétés mécaniques des aciers inoxydables 1

Ce module concerne les applications non structurales (pour ces dernières, merci de consulter le Module 7) Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Attention : 2

Résistance mécanique Usinabilité Résistance à la corrosion suffisante Finition de surface Coût Formabilité Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Généralement, les applications non structurales ne nécessitent pas de résistances élevées. Par contre, le choix des matériaux doit optimiser un ensemble de propriétés Soudabilité 3

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Limite d’élasticité (MPa) Résistance à la traction (MPa) Allongement (%) Module de Young (MPa) Résistance aux chocs Résistance au feu Résistance au fluage Propriétés aux températures cryogéniques Propriétés aux températures élevées Résistance à la fatigue Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Propriétés mécaniques : Les propriétés 1 -6 sont les plus appropriées en architecture & ingénierie 4

Les propriétés mécaniques des aciers inoxydables sont bien connues et leurs valeurs minimales sont garanties par des normes internationales. § Normes principales – – – § ISO ASTM/AISI EN JS Autres Applicables à toutes les nuances & produits : – – – – – Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Normes Tôles Plaques Barres Tubes Produits forgés Produits moulés Fixations Fils Produits de soudage Etc. 5

Essais de traction et de résistance aux chocs : Merci de regarder les vidéos ! http: //www. youtube. com /watch? v=67 f. Sw. Ij. YJ-E http: //www. youtube. com /watch? v=_b 6 UIs. ANNl 0 http: //www. youtube. com /watch? v=t 9 e. B 0 PKYAt 8 http: //www. youtube. com /watch? v=tp. Ghq. Qvft. Ao Pour plus de détails sur les caractéristiques mécaniques et sur ce que l’on déduit des courbes contrainte-déformation, aller sur : http: //www. engineeringarchives. com/les_ mom_truestresstruestrainengstressengstrai n. html ainsi que sur les pages précédentes et suivantes du site Internet & Réfs. 1 -2 Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Propriétés mécaniques : informations de base 6

Courbes contrainte-déformation typiques de différents types d’aciers inoxydables Contrainte (MPa) Des caractéristiques mécaniques couvrant un large domaine allant de § Haute résistance mécanique et faibles allongement jusqu’à § Faible résistance mécanique et de très grands allongements Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Courbes de traction typiques des aciers inoxydables Déformation (%) Comparaison de courbes contrainte-déplacement pour différents types d’aciers inoxydables A – Austénitique (exemple 4301, 4307, 4404, etc. ) B – Ferritique (exemple 4016, 4059, 4521) C –Austéno–ferritique (duplex, exemple 4462) D – Acier à durcissement par précipitation (p. H) (exemple 4542) E – Martensitique (exemple 4057, 4109, 4034) Le cercle en pointillés représente la rupture pour la courbe A 7

fu < ACIERS INOXYDABLES MARTENSITIQUES DUPLEX < < ACIERS Micro -alliés ACIERS INOXYDABLES FERRITIQUES TYPE 430 ACIERS INOXYDABLES AUSTÉNITIQUES TYPE 304/316 Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Contrainte (MPa) Comparaison entre les aciers au carbone et les aciers inoxydables fy < ACIERS AU CARBONE ACIERS INOXYDABLES FERRITIQUES : ÉQUIVALENTS AUX ACIERS AU CARBONE ACIERS INOXYDABLES AUSTÉNITIQUES : PLUS APTES A LE FABRICATION DE FORMES COMPLEXES Déformation La résistance mécanique des aciers inoxydables est similaire à celle des aciers au carbone 8

tua lisé ! M : Martensitiques* Nuances M 1 : C-Cr-Ni Nuances M 2 : C-Cr Limite d’élasticité minimale à 0, 2 % (MPa) D : Duplex** F : Ferritiques** A : Austénitiques A 1 : Austénitiques recuits** A 2 : Austénitiques écrouis*** Selon norme * EN 10088 -3 (traités thermiquement) ** EN 10088 -2 (recuit) *** EN 10088 -2 (écroui) Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Propriétés mécaniques des aciers 3 -7 inoxydables Ac Allongement (%) 9

600 fy Stress) fy (Yield (limite d’élasticité) (résistance à la. Strength) traction) fufu(Ultimate tensile MPa 500 400 300 200 Propriétés mécaniques des aciers inoxydables 700 Résistance minimale des aciers inoxydables austénitiques écrouis (en MPa) 100 0 ANNEALED RECUIT CP 350 CP 500 Augmentation de la résistance mécanique par écrouissage 7 Les nuances d’acier inoxydable à haute résistance obtenues par écrouissage offrent un grand potentiel pour de futurs développements. Pour les applications structurales, voir le Module 7 De nombreuses données expérimentales sont disponibles dans la référence 8. 10

Propriétés mécaniques des aciers inoxydables AUSTÉNITIQUES FERRITIQUES TEMPÉRATURE Résistance au choc (essai Charpy) des aciers inoxydables (réf. 8) Note : Ces courbes sont obtenues pour des produits épais (barres ou plaques) Les produits minces possèdent une plus grande ténacité. En conséquence, les nuances ferritiques peuvent être utilisées en construction sous la forme de tôles minces mais pas en tôles épaisses ou en barres. 11

Klc Rupture fragile Le centre de l’aire est contraint de se déformer dans la direction Y Mince Contrainte plane Lèvres de la fracture La surface libre autorise la déformation dans la direction Z Moyen Mode mixte Épais Déformation plane Épaisseur, B Section mince Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Résistance à la rupture, Kc Mécanique de la rupture Effet de l’épaisseur sur la résistance à la rupture (voir aussi réf. 9, figure 5) Rupture ductile prédominante due à un état de contrainte biaxiale Les lèvres de la fracture représentent un pourcentage important de l’épaisseur Section épaisse Rupture fragile prédominante due à un état de contrainte triaxiale Les lèvres de la fracture représentent un faible pourcentage de l’épaisseur 12

Austénitique I (1. 4301, 1. 4318, 1. 4818) Austénitique II (1. 4401, 1. 4404, 1. 4541) Austénitique III (1. 4571) Duplex I (1. 4362) Duplex II (1. 4162, 1. 4462) Ferritique I (1. 4003, 1. 4016) Ferritique II (1. 4509, 1. 4621, 1. 4521) Acier au carbone Courbes d’évolution de la résistance en fonction de la température Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Coefficient de réduction de la résistance k 0, 2%, θ Résistance au feu 9 -10 Température (°C) Les aciers inoxydables austénitiques offrent un coefficient de réduction de la résistance bien plus élevé que celui des les aciers au carbone au-delà de 500°C 13

Austénitique/Duplex Ferritique Acier au carbone Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Coefficient de réduction de la rigidité k. E, θ Résistance au feu 9 -10 Température (°C) Courbes d’évolution de la rigidité en fonction de la température Les aciers inoxydables offrent un coefficient de réduction de la rigidité bien plus élevé que celui des aciers au carbone au-delà de 300°C 14

Légende Résistance à la traction Propriétés mécaniques des aciers inoxydables n ito La iu m in Al um ie rd ou x e Ac qu rit i Fe r pl ex Du tiq Au st én i n ito La iu m in Al um Ac ie rd ou x e qu rit i Fe r pl ex Du Au st én i tiq ue ue Allongement (%) Résistance à la traction et limite d’élasticité (MPa) Comparaison des caractéristiques de traction de différents alliages Limite d’élasticité Les aciers inoxydables présentent des caractéristiques en traction plus élevées que l’acier doux, l’aluminium et le laiton. Les nuances Duplex offrent un excellent rapport résistance/ductilité 15

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. http: //www. engineeringtoolbox. com/young-modulus-d_417. html https: //www. worldstainless. org/Files/issf/non-imagefiles/PDF/ISSF_Martensitic_Stainless_Steels. pdf https: //www. worldstainless. org/Files/issf/non-imagefiles/PDF/ISSF_The_Ferritic_Solution_French. pdf http: //www. imoa. info/download_files/stainless-steel/Duplex_Stainless_Steel_3 rd_Edition. pdf https: //www. worldstainless. org/Files/issf/non-imagefiles/PDF/Euro_Inox/Tables_Technical. Properties_EN. pdf http: //www. steel-stainless. org/designmanual http: //bookshop. europa. eu/en/structural-design-of-cold-worked-austenitic-stainless-steelpb. KINA 21975/? Catalog. Category. ID=w 2 w. KABst 3 XAAAAEjf. JEY 4 e 5 L Source of the graph: Ugitech (http: //www. ugitech. com/) http: //www. steel-stainless. org/media/1187/safss-01 -04. pdf Source: « Stainless steels in Fire » European Union report EUR 23745 EN, 2009 (http: //bookshop. europa. eu/en/stainless-steel-in-firepb. KINA 23745/? Catalog. Category. ID=w 2 w. KABst 3 XAAAAEjf. JEY 4 e 5 L) https: //www. imoa. info/molybdenum-uses/molybdenum-grade-stainless-steels/duplex-stainlesssteel. php http: //www. bssa. org. uk/topics. php? article=111 Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Références et sources 16

Propriétés mécaniques des aciers inoxydables Merci ! 17