L'acier inoxydable est l'un des matériaux d'usinage les plus couramment utilisés . L'usinage de l'acier inoxydable permet de créer des produits et des outils pour tous les secteurs d'activité.
L'usinage de l'acier inoxydable est plus complexe que celui de matériaux comme le bois. L'acier inoxydable possède une dureté et une résistance à la traction élevées. Par conséquent, son usinage requiert une bonne maîtrise des différents procédés de travail des métaux adaptés à ce matériau.
Cet article aborde les différentes nuances d'acier inoxydable et leurs méthodes d'usinage. Il propose également des conseils pour simplifier l'usinage de l'acier inoxydable et en faire un procédé de travail des métaux des plus aisés.
Qu'est-ce que l'acier inoxydable?
L'acier inoxydable est un alliage de fer et de chrome. D'autres éléments, comme le carbone, peuvent y être ajoutés pour lui conférer des propriétés spécifiques. Sa teneur en chrome est d'au moins 11 %.
Le fer possède d'excellentes propriétés physiques telles que la résistance et la durabilité. Cependant, il est très sensible à la corrosion et à l'abrasion. L'ajout de chrome au fer lui confère une meilleure résistance à la corrosion et à l'abrasion.
L’acier inoxydable peut-il être usiné ?
Oui, l'acier inoxydable est usinable. Il existe d'ailleurs de nombreuses méthodes d'usinage. Usiner l'acier inoxydable est relativement simple une fois que l'on comprend ses propriétés et les techniques appropriées.
Types d'acier inoxydable
L'acier inoxydable désigne une vaste catégorie de matériaux. Contrairement à une idée répandue, l'acier inoxydable ne représente qu'un seul alliage. Il existe en réalité plus de 150 nuances d'acier inoxydable, réparties en différentes classes.
Explorons une à une les cinq classes d'aciers inoxydables :
Aciers inoxydables austénitiques
L'acier inoxydable austénitique est le plus répandu parmi les aciers inoxydables. Il doit son nom à sa structure austénitique. Les aciers inoxydables austénitiques sont amagnétiques et ne peuvent être durcis par traitement thermique. Ces propriétés sont dues à la présence d'éléments tels que le nickel, le manganèse et l'azote.
Les aciers inoxydables austénitiques sont divisés en deux sous-groupes : AISI 200 et AISI 300. Parfois, du molybdène est ajouté à ces aciers pour augmenter leur résistance à la corrosion.
Exemples d'aciers inoxydables austénitiques
- Tapez 304
- Tapez 316
- Alliage 20 (Charpentier 20)
- Tapez 321H
- Tapez 309S
Propriétés de l'acier inoxydable austénitique
- Résistance à la corrosion: Très élevé
- Traité thermiquement : Non
- Magnétique: Non-magnétique
- Dureté: Très élevé
- Ductilité: Très élevé
- Capacité de soudage : Haute
- Contenu en chrome : 18% en moyenne
- Teneur en nickel : Généralement de 8% à 12%
- Contenu en molybdène : 2% à 7%
- La teneur en carbone: Moins de 0.1%
- Fissuration par corrosion: Faible résistance
Applications de l'acier inoxydable austénitique
- Les aciers inoxydables de nuance 200 sont utilisés pour des produits ménagers tels que les machines à laver, les automobiles, l'architecture, les réservoirs d'eau et les lave-vaisselle.
- Les aciers inoxydables de nuance 300 servent à fabriquer des composants aérospatiaux, des produits pharmaceutiques, des outils pour l'industrie minière, de la coutellerie et des équipements de stockage.
Aciers inoxydables ferritiques
Les aciers inoxydables ferritiques ont été découverts très tôt dans l'histoire (1912). Cependant, ce n'est que dans les années 1980 que leurs applications se sont généralisées. Les aciers inoxydables ferritiques appartiennent à la famille AISI 400.
Les aciers inoxydables ferritiques ne se distinguent pas particulièrement par leurs propriétés physiques. Cependant, ils présentent des propriétés magnétiques et une résistance chimique exceptionnelles. Leur principal atout réside dans leur résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte.
Exemples d'acier inoxydable ferritique
- Tapez 405
- Tapez 409L
- Tapez 410L
- Tapez 430
- Tapez 439
- Tapez 447
Propriétés de l'acier inoxydable ferritique
- Résistance à la corrosion: Très élevé
- Traité thermiquement : Non
- Magnétique: Magnétique
- Dureté: Moyenne
- Ductilité: Moyenne
- Capacité de soudage : Low
- Contenu en chrome : 10.5% à 30%
- Teneur en nickel : Généralement sans nickel
- Contenu en molybdène : Généralement de 1% à 2%
- La teneur en carbone: Moins de 0.08%
- Fissuration par corrosion: Haute résistance
Applications des aciers inoxydables ferritiques
- Les aciers inoxydables ferritiques sont utilisés dans la fabrication d'ustensiles de cuisine, de pièces automobiles et d'outils industriels.
Aciers inoxydables martensitiques
Les aciers inoxydables martensitiques doivent leur nom à Adolf Martens. Ils sont réputés pour leur dureté exceptionnelle. Le vieillissement et les traitements thermiques permettent d'obtenir une dureté et un revenu élevés. Les aciers inoxydables martensitiques peuvent être à haute ou basse teneur en carbone.
Exemples d'aciers inoxydables martensitiques
- X12Cr13
- X20Cr30
- X50CrMoV15
- X17CrNi16-2
Propriétés des aciers inoxydables martensitiques
- Résistance à la corrosion: Haute
- Traité thermiquement : Oui
- Magnétique: Majoritairement magnétiques, certains non magnétiques
- Dureté: Faible pour le non trempé, élevé pour le trempé
- Ductilité: Haute
- Capacité de soudage : Haute
- Contenu en chrome : 12% à 17%
- Teneur en nickel : Généralement sans nickel, parfois de 2 % à 4 %
- Contenu en molybdène : De zéro à 1%
- La teneur en carbone: 0.1% à 1.2%
- Fissuration par corrosion: Faible résistance
Applications des aciers inoxydables martensitiques
Les aciers martensitiques sont utilisés pour les instruments chirurgicaux, le matériel dentaire, les barres de seuil de porte, les pare-chocs, les armes à feu, la coutellerie et les roulements à billes.
Aciers inoxydables duplex
Les aciers inoxydables duplex sont composés de deux éléments structuraux. Les alliages duplex sont une combinaison d'aciers inoxydables austénitiques et ferritiques. Les aciers inoxydables duplex améliorent les propriétés de ces deux éléments constitutifs. Il existe trois nuances d'acier inoxydable duplex : duplex standard, super duplex et duplex allégé.
Exemple d'acier inoxydable duplex
- X2CrNiN22-2
- X2CrCuNiN23-2-2
- X2CrNiMoSi18-5-3
- X2CrMnNiMoN21-5-3
- X2CrNiMoCuN25-6-3
- X2CrNiCuN23-4
Propriétés de l'acier inoxydable duplex
- Résistance à la corrosion: Bon à très élevé
- Traité thermiquement : Oui
- Magnétique: Magnétique en raison de la présence d'une structure ferritique
- Dureté: Haute
- Ductilité: Moyen à élevé
- Capacité de soudage : Élevée si elles contiennent de l'azote
- Contenu en chrome : 18% à 30%
- Teneur en nickel : 1% à 9.5%
- Contenu en molybdène : 0.1% à 5%
- La teneur en carbone: Aucun
- Fissuration par corrosion: Très haute résistance
Application de l'acier inoxydable duplex
Les aciers inoxydables duplex sont utilisés pour les échangeurs de chaleur, les tubes, les calandres, les colonnes, les condenseurs, les réacteurs, les systèmes de tuyauterie et autres équipements commerciaux.
Aciers inoxydables à durcissement par précipitation
Les aciers inoxydables à durcissement structural sont également appelés aciers inoxydables PH. Ces alliages contiennent de faibles quantités d'éléments tels que le titane, le cuivre, le phosphore ou l'aluminium. Après leur formation, ils subissent un traitement de durcissement structural. Les aciers inoxydables à durcissement structural peuvent présenter une limite d'élasticité 3 à 4 fois supérieure à celle des aciers inoxydables austénitiques.
Exemple d'aciers inoxydables durcis par précipitation
- Acier 17-4 PH
Propriétés des aciers inoxydables durcis par précipitation
Les propriétés des aciers trempés PH sont très variables et spécialement conçues pour obtenir les résultats souhaités.
Applications de l'acier inoxydable à durcissement structural
Les aciers trempés PH sont utilisés dans des applications exigeant une résistance extrêmement élevée. On les retrouve notamment dans la construction navale, l'aéronautique, les centrales nucléaires et l'industrie chimique.
Processus d'usinage de l'acier inoxydable
L'acier inoxydable peut subir différents procédés d'usinage. En voici quelques exemples :
Fraisage
Le fraisage est le procédé d'usinage primaire le plus courant pour l'acier inoxydable. Il utilise des outils de coupe rotatifs à grande vitesse sur une pièce fixe. Le choix de l'outil approprié est crucial lors de l'usinage d'alliages d'acier inoxydable. Des outils inadaptés ou des vitesses de coupe trop élevées peuvent entraîner une usure rapide de l'outil. Le fraisage de l'acier inoxydable offre une très grande précision et une arête de coupe nette.
Tournant
Le tournage nécessite un outil de coupe fixe et une pièce en rotation. L'outil entre en contact physique avec la pièce en rotation pour enlever de la matière. Le tournage est un procédé courant pour l'usinage de l'acier inoxydable austénitique. Il est important de minimiser le porte-à-faux de l'outil lors de l'usinage des aciers inoxydables.
Forage Horizontaux
Le perçage est une opération d'usinage secondaire utilisée en complément d'autres techniques de travail des métaux. Il permet de créer des trous dans la pièce métallique. Les aciers inoxydables sont percés pour le vissage, l'assemblage secondaire ou pour des raisons esthétiques.
Threading
Le filetage est réalisé sur des pièces en acier pour la fixation de vis et d'éléments de fixation. Les filets peuvent être à l'intérieur d'un trou ou à l'extérieur de la pièce. Le filetage sur acier inoxydable est généralement effectué sur les tuyaux et les tubes.
Découpe laser
La découpe laser utilise un faisceau lumineux amplifié pour fondre et enlever l'acier inoxydable. Cette méthode ne convient qu'aux tôles fines d'acier inoxydable. Elle est supérieure aux outils en carbure cémenté car elle évite l'usure de l'outil. Cependant, elle est très coûteuse et exige une main-d'œuvre hautement qualifiée.
Meulage
Le meulage permet d'améliorer l'état de surface de l'acier inoxydable. Il permet également d'accroître la précision de la pièce en enlevant de la matière en très faible quantité. Le meulage consiste à frotter des meules abrasives contre les pièces en acier inoxydable. Ce procédé permet aussi d'éliminer les bavures dues au soudage. Le meulage contribue à obtenir un tranchant lisse sur les pièces en acier inoxydable.
EDM (usinage par électroérosion)
L'usinage par électroérosion (EDM) utilise des impulsions électriques pour faire fondre le métal. Ces impulsions sont de très haute tension et fréquence. Ce procédé présente des limites en termes d'épaisseur de coupe pour l'acier inoxydable.
Découpe au jet d'eau
La découpe au jet d'eau utilise la force de l'eau à haute pression pour éroder et découper les matériaux. Ce procédé permet de découper des tôles épaisses d'acier inoxydable. Cependant, si la nuance d'acier inoxydable utilisée présente une faible résistance à la corrosion, la découpe au jet d'eau peut avoir des effets néfastes.
L’acier inoxydable est-il difficile à usiner ?
L'usinage de l'acier inoxydable peut présenter certaines difficultés. Ces difficultés sont courantes dans la plupart des procédés d'usinage. Cependant, en prenant certaines précautions, il est possible d'éviter les problèmes liés à l'usinage de l'acier inoxydable.
Le problème principal est dû à la surchauffe de la surface de l'acier. Ce phénomène est fréquent lors de tout usinage. Dans le cas de l'acier inoxydable, la surchauffe compromet sa résistance à la corrosion. Cependant, elle peut être évitée par une surveillance attentive de la pièce. L'acier inoxydable présente une coloration en surface lorsqu'il est chauffé.
Cette réaction thermique est stoppée par le décapage. Le décapage consiste à traiter l'acier inoxydable avec de l'acide chlorhydrique ou sulfurique. L'acide dissout la couche d'oxydation de l'acier, restaurant ainsi la résistance à la corrosion de l'alliage.
Problèmes liés à l'usinage de l'acier inoxydable
Voici quelques difficultés secondaires qui surviennent lors de l'usinage de l'acier inoxydable :
- L'acier inoxydable provoque une usure importante des outils et diminue leur durée de vie.
- Une force importante est nécessaire pour obtenir les résultats escomptés.
- Les opérations d'usinage sur acier inoxydable présentent un mauvais contrôle des copeaux.
- Certaines nuances d'acier inoxydable présentent une dureté exceptionnellement élevée.
Quels aciers inoxydables sont difficiles à usiner ?
Chaque type d'acier peut présenter des difficultés d'usinage. Cependant, certains aciers sont plus problématiques que d'autres. Voici quelques exemples d'aciers difficiles à usiner et les problèmes qu'ils posent :
Acier à haute teneur en carbone
Les aciers à haute teneur en carbone sont difficiles à usiner en raison de leur résistance et de leur dureté extrêmement élevées. De plus, ces aciers contiennent des carbures. Ces facteurs entraînent une usure rapide des outils.
Acier à faible teneur en carbone
Les alliages à faible teneur en carbone peuvent également s'avérer difficiles à usiner. Cela est dû à leur grande malléabilité. Cette malléabilité entraîne l'adhérence des copeaux d'acier aux outils de coupe, ce qui réduit leur durée de vie.
316 en acier inoxydable
L'acier inoxydable 316 présente l'une des plus faibles usinabilités. Son usinage nécessite des outils de coupe spécifiques. Par conséquent, on utilise l'acier inoxydable 316 pour les pièces dont l'utilisation est conditionnée par l'absence d'autres solutions.
304 en acier inoxydable
Le problème de l'acier inoxydable 304 réside dans son écrouissage. Ce dernier présente une forte tendance à l'écrouissage lors de l'usinage. L'ajout de soufre à la pièce permet de résoudre ce problème.
Quel est l'acier inoxydable le plus facile à usiner ?
L'acier inoxydable 416 est le plus facile à usiner. En pratique, l'usinage des aciers inoxydables de la série 400 est relativement simple. En revanche, l'usinage des aciers inoxydables de la série 300 est difficile.
Conseils pour faciliter l'usinage de l'acier inoxydable
L'usinage de l'acier inoxydable peut être simplifié en appliquant les conseils suivants :
Privilégier les matériaux de haute qualité
Pour un usinage optimal, utilisez des matériaux de qualité. Il existe de nombreuses nuances d'acier inoxydable, chacune offrant plusieurs options. Investir un peu plus dès le départ permet de réaliser d'importantes économies et d'éviter les désagréments liés à la casse d'outils.
Durcissement au travail
L'écrouissage est le phénomène par lequel l'acier inoxydable se durcit lors de l'usinage. Il est dû à la déformation plastique du matériau. L'écrouissage accroît considérablement la difficulté d'usinage des aciers inoxydables. Cependant, il est possible de réduire l'écrouissage en arrosant l'outil de coupe avec un liquide de refroidissement.
Outillage rigide
Les fixations des outils et le réglage de la machine doivent être extrêmement précis. Le moindre jeu dans les outils est amplifié et entraîne un usinage de mauvaise qualité. De plus, le banc de la machine ne doit pas présenter de vibrations excessives après la mise en place des pièces.
Matériel d'outil
Le choix du matériau d'outillage approprié est essentiel pour obtenir un résultat de haute qualité. Le carbure cémenté et l'acier rapide sont deux options courantes pour la fabrication d'outils.
L'acier rapide est couramment utilisé dans les forets et les scies électriques. Ces outils sont conçus pour supporter des vitesses de déplacement élevées. Les outils en carbure cémenté sont fabriqués à partir de carbure de tungstène, de carbure de titane ou de carbure de tantale.
Les outils en carbure sont plus rapides que ceux en acier rapide. De plus, ils offrent une meilleure finition, ce qui les rend idéaux pour la production en série et les vitesses de coupe élevées. Cependant, les aciers rapides sont nettement moins chers.
Utiliser des outils tranchants
Assurez-vous d'utiliser des outils bien affûtés pour un usinage précis et régulier. Il est préférable de remplacer les outils usés. L'utilisation d'outils émoussés peut entraîner leur casse et même endommager la pièce. Lors du travail de l'acier, il est également nécessaire d'affûter les outils.
Lubrifiants
L'utilisation d'un lubrifiant lors de l'usinage des aciers inoxydables est essentielle. La lubrification présente de multiples avantages. Premièrement, elle réduit le frottement entre l'outil de coupe et le métal, ce qui prolonge la durée de vie de l'outil en limitant son usure. Deuxièmement, la lubrification abaisse la température pendant l'usinage, réduisant ainsi les risques d'écrouissage et de surchauffe. Enfin, les fluides de lubrification éliminent les résidus d'acier inoxydable de la pièce et des outils.
Quels sont les avantages de l'acier inoxydable ?
L'utilisation de l'acier inoxydable présente de nombreux avantages. Ces avantages compensent largement les difficultés rencontrées lors de l'usinage. En voici quelques-uns :
- Le principal avantage de l'acier inoxydable est sa résistance à la corrosion. Contrairement au fer, l'acier inoxydable ne rouille pas, quel que soit le taux d'humidité ambiant.
- Avec les outils appropriés, il est facile de mouler, couper, assembler et/ou souder l'acier inoxydable pour lui donner la forme souhaitée.
- Il existe de nombreuses options de finition de surface pour l'acier inoxydable. C'est un critère essentiel pour l'esthétique.
- L'acier inoxydable est très hygiénique. C'est pourquoi il est utilisé dans l'industrie alimentaire et pour les équipements chirurgicaux.
- Les caractéristiques physiques de ce matériau sont exceptionnelles.
- Il est très résistant et dure longtemps sans problème.
- Il est entièrement recyclable.
L'acier inoxydable présente-t-il des inconvénients pour l'usinage ?
Certains facteurs liés à l'acier inoxydable peuvent présenter des inconvénients pour certains utilisateurs. Ces facteurs sont les suivants :
- L'inox coûte cher.
- Il se bosselle facilement.
- De nombreuses qualités d'acier inoxydable se rayent facilement.
Quel est l'acier inoxydable le moins cher pour l'usinage ?
L'acier de type 409 est le moins cher. Les aciers ferritiques sont généralement moins onéreux en raison de leur faible teneur en chrome, principal facteur influençant le prix de l'acier.
Capacités d'usinage de l'acier inoxydable
L'acier inoxydable est largement utilisé dans la fabrication de précision en raison de sa robustesse, de sa résistance à la corrosion et de sa durabilité. Il peut être transformé par diverses méthodes de fabrication, notamment l'usinage CNC, l'outillage rapide et le prototypage de tôles, selon les exigences de conception et les besoins de production.
Les méthodes de fabrication modernes permettent de convertir directement les conceptions numériques en composants physiques grâce à des équipements d'usinage de pointe. Ceci permet une production efficace de pièces complexes en acier inoxydable, garantissant une qualité et une répétabilité constantes.
Pour les applications exigeant une haute précision et des résultats de production fiables, l'usinage de l'acier inoxydable joue un rôle important dans l'obtention de tolérances précises et d'une qualité de surface stable pour différents types de composants.
Grâce à des équipements de haute précision et à des procédés d'usinage bien établis, les fabricants peuvent obtenir des résultats précis sans avoir besoin d'investir dans des machines internes.
Pour plus de conseils de conception, téléchargez notre guide de conception d'usinage CNC.
Notes
Les produits en acier inoxydable sont privilégiés dans de nombreux secteurs industriels. Les pièces de machines, notamment, sont fabriquées dans ce matériau en raison de sa robustesse et de sa résistance à la corrosion.
Foire Aux Questions (FAQ)
Voici les réponses à quelques questions courantes concernant l'usinage des aciers inoxydables :
L'acier inoxydable est-il difficile à usiner ?
L'usinage de l'acier inoxydable n'est pas si difficile. Cependant, il requiert un savoir-faire et le choix d'outils adaptés. Ce savoir-faire permet de garantir des vitesses de coupe optimales et des réglages précis.
Quel est l'acier inoxydable usiné le plus courant ?
L'acier inoxydable de nuance 304 est le plus couramment usiné, en raison de sa forte demande. Il présente une résistance élevée à la corrosion et une grande durabilité. De plus, sa ductilité, sa robustesse et sa soudabilité en font un matériau très polyvalent, ce qui explique ses nombreuses applications.
