La classification des métaux

Sommaire pour la partie suivante du Chapitre 1 de l’ouvrage de Jean Maton “Technologie du soudage” Cette partie traite de la classification des métaux et notamment celles des aciers de construction. Si vous souhaitez voir la partie précédente qui traite des essai de pliage ou le sommaire 1.4 CLASSIFICATION DES METAUX 1.4.1 Caractéristiques mécaniques essentielles – 1. Influence de la composition chimique – 2. Influence du mode d’élaboration – 3. Influence du traitement – 4. Influence de la température 1.4.2 Désignation normalisée des aciers – 1. Désignation symbolique – 2. Désignation numérique

1.4.1 Caractéristiques mécaniques essentielles

• Le module d’élasticité ( Module de Young ) E = daN/mm² ou N/mm²
• La résistance à la rupture Rm ou Rr = daN/mm² ou N/mm²
• La limite d’élasticité à la traction Re = daN/mm² ou N/mm²
• L’allongement à la rupture Am%
• La dureté Brinnel HB
• La résilience KC = J/cm²

Les caractéristiques mécaniques d’un matériau varient avec sa composition chimique, son mode d’élaboration, le traitement thermique qu’il a subi et la température de l’essai ( généralement t = 20°C ) ou d’utilisation 1. Influence de la composition chimique : Les éléments d’addition tels que le nickel, le chrome, le titane, le tungstène, le molybdène, … ajoutés en proportions variables, ils modifient profondément les caractéristiques. La gamme des aciers au carbone et des aciers alliés en est un parfait exemple. 2. Influence du mode d’élaboration : Un métal peut être fondu, forgé, laminé, étiré. Sa structure sera différente en fonction de son élaboration, ce qui modifiera ses caractéristiques mécaniques. Celles-ci sont reprises dans les normes européennes telles que la EN 100025 ( aciers de construction ), la EN 10113 ( acier à haute limite élastique ), …. Il existe également le Stahlschlüssel ( La clé des aciers ) disponible sous forme de manuel ou de cd-rom et reprenant la plupart des aciers commerciaux. 3. Influence du traitement thermique : Les traitements thermiques ( trempe, revenu, recuit, nitruration, cémentation, … ) modifient beaucoup les caractéristiques mécaniques d’un matériau. Exemples : – La trempe qui rend les aciers mi-durs plus résistants, mais plus fragiles. – Le revenu qui est pratiqué après une trempe, il améliore la résilience. Une pièce en acier doux cémentée et trempée, verra sa dureté superficielle augmentée tout en gardant un cœur à faible fragilité ( ex. dents d’engrenages ). 4. Influence de la température a) Le froid : Il n’altère pas sensiblement la résistance à la traction d’un acier, mais diminue sa résistance aux chocs ( résilience ), sa flexibilité et sa ductilité. En dessous d’une certaine température appelée” température de transition” déterminée pour chaque nuance d’acier et fonction de leur composition chimique, de leur structure ou de leur écrouissage, une fissure créée par un choc se propage très loin et instantanément en provoquant une rupture fragile. Au-dessus de cette température, s’il se crée une fissure, elle ne se propage pas. On adopte dans l’industrie des aciers dits calmés ( ex. TT St 45 N ou A333 g1 ). b) La chaleur : Lorsque la température augmente, la résistance de la plupart des matériaux diminue. Si on prend un acier ( S235 ) avec Re = 23,5 daN/mm² à 20°C, la limite élastique s’abaissera à 14 daN/mm² à t = 300°C et E qui vaut 21000 daN/mm² à 20°C va, elle, tomber à 18400 daN/mm² à 300°c. Les normes n’autorisent pas l’utilisation d’un tel acier au-delà de 300 °C, sans compter qu’à cette température un tel acier va “vieillir” très vite. Pour un acier résistant à chaud, tel que le 13CrMo44 ( 1.7335 ) : Re0,2 = 30 daN/mm² à 20°C et 19 daN/mm² à 500°C ; E = 20600 daN/mm² à 20°C et ± 16000 daN/mm² à 500°C. A partir de 500°C environ, Re diminue rapidement ( courbe plongeante ). Il y a apparition du phénomène de fluage. Sous une contrainte, le métal s’allonge et finit par se rompre au bout d’un temps plus long en fonction de la contrainte. Remarque : Pour les calculs de résistance des tuyauteries au-delà de 500°C, on n’utilise plus ( Re ), mais bien la rupture par fluage ( ou limite de rupture ) à température élevée ( norme EN 13480-3 ).

1.4.2 Désignations normalisées des aciers

1. Désignation symbolique ( extrait de la norme EN 10027-1 )

Symboles principaux : ( S ) pour les aciers de construction et ( E ) pour les aciers de construction mécanique. Ces symboles sont suivis de la limite d’élasticité minimale Re = N/mm² correspondant à la tranche d’épaisseur la plus faible ≤ 16 mm. A cela, s’ajoute des symboles additionnels ( Fig 1-19 )

Caractéristiques mécaniques des aciers

2. Désignation numérique ( extrait de la norme EN 10027-2 ) On attribue à chaque nuance d’acier une nuance d’identification à 5 chiffres. Cette désignation s’apparente à une codification inspirée par la norme DIN ( Allemagne ), soit :

3.Exemples de désignation Symbolique Numérique S185 1.0035 S235JR 1.0037 E295 1.0045 C35E 1.1181 25CrMo4 1.7218 X5CrNi18-10 1.4301 4. Produits laminés à chaud en acier de construction non alliés ( extrait norme 10025 ) 5. Produits laminés à chaud en acier de construction soudable à grains fins ( extrait de la norme EN 10113-1-2-23 ) 6. Aciers de construction à résistance améliorée à la corrosion atmosphérique ( extrait de la norme EN 10155 ) Exemple : S235XXW et S355XXW W = résistance à la corrosion atmosphérique et XX = J0 , J2, ……. La nuance WP se distingue par l’ajout de phosphore, ce qui limitera l’épaisseur des produits à 12 mm. 7. Aciers inoxydables ( extrait de la norme EN 10088-1-2-3 ) On distingue les aciers ferritiques ( attirés par un aimant ) et les aciers austénitiques ( non magnétiques ). Principales nuances et qualités ( Fig 1-22 ) Si vous souhaitez voir le cours précédent sur l’essai de pliage ou le suivant qui traite des notions de soudage et de l’aspect du soudage Ou si vous souhaitez retourner à la table des matières