Propriétés mécaniques des aciers inoxydables

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.
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Essais de traction et de résistance aux chocs :
Merci de regarder les vidéos !
http://www.youtube.com/ Pour plus de détails sur les caractéristiques
watch?v=67fSwIjYJ-E
mécaniques
et sur ce que l’on déduit des courbes
http://www.youtube.com/ contrainte-déformation, aller sur :
http://www.engineeringarchives.com/les_
watch?v=_b6UIsANNl0
mom_truestresstruestrainengstressengstrai
n.html
http://www.youtube.com/
ainsi que sur les pages précédentes et
watch?v=t9eB0PKYAt8
suivantes du site Internet
& Réfs. 1-2
Propriétés mécaniques des aciers inoxydables
Propriétés mécaniques : informations de base
http://www.youtube.com/
watch?v=tpGhqQvftAo
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 (pH) (exemple 4542)
E – Martensitique (exemple 4057, 4109, 4034)
Le cercle en pointillés représente la rupture pour la courbe A
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fu
<
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 <
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
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M : Martensitiques*
Nuances M1 : C-Cr-Ni
Nuances M2 : C-Cr
Limite d’élasticité minimale à 0,2 % (MPa)
D : Duplex**
F : Ferritiques**
A : Austénitiques
A1 : Austénitiques recuits**
A2 : 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
Allongement (%)
9
600
(Yield Stress)
ffyy (limite
d’élasticité)
fu (résistance
à la traction)
fu
(Ultimate tensile
Strength)
500
MPa
400
300
200
Propriétés mécaniques des aciers inoxydables
700
Résistance minimale des aciers inoxydables
austénitiques écrouis (en MPa)
100
0
ANNEALED
RECUIT
CP350
CP350
CP500
CP500
Augmentation de la résistance mécanique par écrouissage7
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.
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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.
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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, Tableau 6)
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 k0,2%,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 kE,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
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.engineeringarchives.com/les_mom_stressstraindiagram.html
http://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html
http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-imagefiles/PDF/ISSF_The_Ferritic_Solution_English.pdf
http://www.imoa.info/download_files/stainless-steel/Duplex_Stainless_Steel_3rd_Edition.pdf
http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-imagefiles/PDF/Euro_Inox/Tables_TechnicalProperties_EN.pdf
http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Euro_Inox/Recommend_EN.pdf
(Tableau 3-5)
http://bookshop.europa.eu/en/structural-design-of-cold-worked-austenitic-stainless-steelpbKINA21975/?CatalogCategoryID=w2wKABst3XAAAAEjfJEY4e5L
Source du graphe: Ugitech (http://www.ugitech.com/)
http://www.steel-stainless.org/Content/Files/Ferritics/SAFSS-InfoSheet.pdf
Source : « Stainless steels in Fire » Rapport de l’Union Européenne EUR 23745 EN, 2009
(http://bookshop.europa.eu/en/stainless-steel-in-firepbKINA23745/?CatalogCategoryID=w2wKABst3XAAAAEjfJEY4e5L)
http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-imagefiles/PDF/Practical_Guidelines_for_the_Fabrication_of_Duplex_Stainless_Steels.pdf, page 25
http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=111
Propriétés mécaniques des aciers inoxydables
Références et sources
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Propriétés mécaniques des aciers inoxydables
Merci !
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