La famille des aciers est vaste et comprend de nombreux alliages. Parmi eux, vous avez peut-être entendu parler de l'acier inoxydable, un alliage largement utilisé dans la construction et les applications domestiques. L'acier à outils est tout aussi populaire dans le secteur de la fabrication, en particulier dans les industries d'usinage.
Dans cet article, nous avons pour objectif de comparer ces deux types d'acier en termes de composition et de propriétés mécaniques. L'idée est de révéler à quel point les deux types sont distincts, afin que vous puissiez facilement choisir le bon choix en fonction de vos besoins.
Qu’est-ce que l’acier à outils ?
L'acier à outils est un alliage d'acier au carbone conçu avec une dureté, une résistance à l'usure et une ténacité exceptionnelles. Ses éléments d'alliage sont le tungstène, le molybdène, le vanadium et le chrome. carbures de formeCes structures fortement liées sont entièrement réparties dans le réseau et sont responsables de sa dureté. L'acier à outils, comme son nom l'indique, a été principalement conçu pour fabrication d'outils et de matricesEn raison de sa résistance à l'usure et de sa capacité à maintenir un tranchant à des températures plus élevées, il trouve des applications dans les outils de coupe, c'est-à-dire les lames de scie, les fraises, les fraises, les outils de tournage, les couteaux, etc.
Qu'est-ce que l'acier inoxydable?
L'acier inoxydable est un alliage d'acier avec un minimum de Teneur en chrome de 10.5 %, qui façonne entièrement ses caractéristiques physiques et chimiques. D'autres éléments d'alliage - comme le nickel, le titane et le molybdène - sont également présents dans certaines nuances d'acier inoxydable. Cet acier est surtout connu pour sa excellente résistance à la corrosion et attrait esthétique. Son utilisation est donc très répandue dans les applications quotidiennes. Dans le bâtiment, on l'utilise couramment pour les rampes et les façades. Dans le secteur automobile, on l'utilise pour les pièces d'échappement. En raison de sa biocompatibilité, il est également utilisé dans les équipements médicaux et les implants. Les ustensiles de cuisine sont une autre application populaire.
Acier à outils vs acier inoxydable : 6 différences
L'objectif de cette présentation des matériaux était de vous donner un aperçu rapide des meilleures propriétés de chacun. Étant donné que les deux alliages comprennent plusieurs nuances, notre comparaison se concentrera sur les propriétés unifiées au sein de chaque famille, même si nous essaierons de prendre en compte certaines de leurs nuances les plus populaires dans les différences.
1. Composition chimique
La composition chimique est ce qui définit les caractéristiques distinctives de chaque matériau. Les aciers à outils contiennent du vanadium, du nickel, du molybdène et du tungstène comme alliages. Mais ce ne sont pas ces éléments mais leur capacité à former structure en carbure dans tout le matériauCes carbures sont extrêmement durs et améliorent la résistance à l’usure, la capacité de coupe et la longévité des outils.
Bien que l'acier inoxydable contienne de nombreux éléments d'alliage, l'élément clé est le chrome : au moins 10.5 % de Cr sont présents dans cette classe de métaux. Le chrome forme une couche d'oxyde passive à la surface. Cette couche agit comme un bouclier contre la corrosion, se régénérant lorsqu'elle est endommagée.
Contrairement à l’acier à outils, formation de carbure en acier inoxydable est minime. Cependant, en raison de la teneur élevée en carbone de certains aciers inoxydables, une précipitation de carbure de chrome peut se produire aux joints de grains. Ce phénomène est appelé sensibilisation. C'est pourquoi les nuances d'acier inoxydable à faible teneur en carbone (par exemple, 304L) sont préférées dans les environnements nécessitant une résistance à la rouille.
Voici une analyse détaillée de la composition chimique de l’acier inoxydable et de l’acier à outils :
| Acier à outils (%) | Acier Inoxydable (%) | |
|---|---|---|
| Carbone (C) | 0.5 – 1.5 | < 0.08 (la plupart des notes) |
| Chrome (Cr) | Normalement jusqu'à 5 (Certaines notes supérieures, ~12 | 10.5 – 29 |
| vanadium (V) | 0.1 – 2 | Rarement présent |
| Molybdène (Mo) | Jusqu'à 10 | 0 – 5 |
| Nickel (Ni) | Absent ou minime | 8 – 10 |
| Tungstène (W) | Jusqu'à 18 | Pas couramment inclus |
2. Processus de fabrication
L'acier à outils est fabriqué selon des méthodes contrôlées pour optimiser sa dureté, sa ténacité et sa résistance à l'usure. Voici le processus :
- Les matières premières ou les déchets pénètrent dans un four à arc électrique (EAF) qui contrôle le mélange chimique.
- L'affinage en poche est effectué pour éliminer les impuretés.
- L'acier fondu est soit coulé en lingots, soit coulé en continu sous forme de produits semi-finis tels que des billettes ou des brames.
- L'acier subit un laminage à chaud ou un forgeage pour obtenir les dimensions et la structure de grain souhaitées.
- Des procédés de traitement thermique (recuit, trempe et revenu) peuvent être réalisés.
La production d’acier inoxydable vise à obtenir une résistance à la corrosion et une durabilité supérieures.
- Le processus commence par la fusion de déchets d’acier inoxydable ou de matières premières dans un four électrique à arc.
- Le raffinage par décarburation à l'oxygène et à l'argon (AOD) suit, où des gaz d'oxygène et d'argon sont injectés pour réduire la teneur en carbone et affiner l'alliage.
- L'acier est coulé en continu sous forme de brames, de billettes ou de blooms. Ces formes sont laminées à chaud pour réduire l'épaisseur et traitées ultérieurement par laminage à froid pour un dimensionnement précis.
- Un traitement thermique est effectué pour soulager les contraintes et améliorer la ductilité. Un détartrage est effectué pour éliminer les impuretés de surface.
- La passivation est appliquée pour renforcer la couche d’oxyde protectrice, améliorant ainsi la résistance à la corrosion.
3. Catégories et types
L'acier à outils et l'acier inoxydable appartiennent à la famille principale des aciers, mais ils comportent également plusieurs groupes et nuances, en fonction de leurs propriétés et de leur composition respectives.
Pour l'acier à outils, les classes sont principalement basées sur la méthode de durcissement. Le tableau illustre les nuances d'acier à outils et leurs applications.
| Nuances d'acier à outils | Caractéristiques | Applications |
|---|---|---|
| Durcissement à l'eau (W) | Haute dureté Résistance plus faible Peu coûteux | Outils à main, outils de travail du bois |
| Travail à froid (O, A, D) | Haute résistance à l'usure Résistance modérée Utilisé à des températures de fonctionnement plus basses. | Matrices, poinçons, outils pour le formage à froid. |
| Travail à chaud (H) | Haute stabilité thermique Conserve sa dureté et sa ténacité à des températures élevées. | Matrices de moulage sous pression, outils de forgeage à chaud, outils d'extrusion. |
| Haute vitesse (M, T) | Conserve son tranchant à haute température. | Outils de coupe tels que perceuses, fraises et tarauds. |
| Résistant aux chocs (S) | Haute résistance aux impacts Résistance à l'usure modérée | Marteaux, burins, lames de cisaillement, outils à percussion. |
| Moule (P) | Bonne usinabilité, polissabilité et ténacité. | Moules d'injection plastique, moules de moulage sous pression. |
Dans le cas de l'acier inoxydable, la classification est basée sur la structure métallurgique, la composition et le traitement thermique. La classe d'acier inoxydable et leurs applications respectives sont répertoriées dans le tableau.
| Groupes en acier inoxydable | Caractéristiques | Applications |
|---|---|---|
| Austénitique | Non-magnétique Excellente résistance à la corrosion Bonne soudabilité et ductilité | Equipement de cuisine, applications alimentaires. |
| Ferritique | Magnétique Résistance modérée à la corrosion Bonne formabilité Coût moindre | Garnitures automobiles, électroménagers, objets décoratifs. |
| Martensitique | Magnétique Thermotraitable Haute résistance et dureté Moins de résistance à la corrosion | Coutellerie, instruments chirurgicaux, roulements. |
| Duplex | Équilibre des propriétés ferritiques et austénitiques. | Pétrole et gaz, traitement chimique. |
| Durcissement par précipitation | Haute résistance Excellente résistance à la corrosion Durcissable par le vieillissement | Aérospatiale, automobile, applications structurelles. |
4. Propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques diffèrent également en raison de leur composition chimique différente. Pour les fabricants, les propriétés les plus importantes sont la résistance, la durabilité et la dureté.
Nous avons mentionné à plusieurs reprises que les aciers à outils surpassent l'acier inoxydable en termes de dureté (jusqu'à 70 HRC) et la résistance à l'usure. Leur premier cas d'utilisation concerne donc les outils de coupe. Ils offrent une grande résistance, mais leur nature fragile ne les rend pas idéaux pour les applications purement structurelles et porteuses. Une autre raison est leur faible résistance à la corrosion.
En revanche, l'acier inoxydable présente des atouts différents. La plupart des nuances d'acier inoxydable n'ont pas la même dureté que l'acier à outils, mais la dureté est légèrement supérieure dans les nuances martensitiques (58 HRC). De plus, le module de Young et la nature relativement ductile le rendent adapté aux applications porteuses et structurelles.
La résistance à la corrosion est ce qui distingue vraiment l'acier inoxydable, grâce à sa teneur en chrome (> 10.5 %). Il crée une couche d'oxyde protectrice qui le rend antirouille et durable. Le tableau suivant présente nos perspectives détaillées sur les propriétés mécaniques des deux métaux :
| Acier à outils | Acier Inoxydable | |
|---|---|---|
| Dureté | Élevé (58–68 HRC) | Modéré (70–90 HRB) ; jusqu'à 58 HRC (martensitique) |
| Résistance à la traction | 450 à 2500 MPa | 515–1300 MPa |
| Ductilité | Faible (plus cassant) | Élevé (bonne ductilité) |
| Résistance à la corrosion | Médiocre | Excellent |
5. Usinabilité
Une résistance et une dureté élevées posent des problèmes pour les outils et des défis en termes d'usinage, mais la plupart d'entre eux sont usinables, à l'exception de quelques nuances. Par exemple, l'acier à outils D2 a un taux d'usinabilité d'environ 27 %, ce qui suggère qu'il est plus difficile à usiner que l'acier au carbone standard. Cependant, la nuance W1 est l'une des plus faciles à traiter.
L'acier inoxydable est également difficile à usiner, en particulier les nuances austénitiques comme le 316. Leur faible conductivité thermique, leur nature ductile et leur écrouissage les rendent difficiles à usiner. Le taux d'usinabilité du grade 316 est d'environ 36 %.
Prix
Le prix des alliages dépend des éléments d'alliage et de la méthode de fabrication. En général, l'acier à outils est plus cher en raison du processus d'alliage précis et du traitement coûteux. En revanche, l'acier inoxydable est relativement abordable et c'est l'une des raisons pour lesquelles il est très courant dans le secteur domestique. L'acier inoxydable 304, couramment utilisé, coûte 0.66 $/lb.
Acier à outils ou acier inoxydable : lequel est le plus adapté à votre projet ?
Il s'agit maintenant de sélectionner le matériau adapté à vos besoins. Nous avons déjà détaillé les propriétés et les nuances spécifiques de l'acier à outils et de l'acier inoxydable. Pour simplifier encore la décision, décrivons les scénarios dans lesquels chaque matériau excelle et est le plus favorable.
Choisissez l'acier à outils :
- Pour les applications impliquant la découpe, le façonnage ou le formage de matériaux, telles que la fabrication d'outils de coupe, de matrices et de moules, où la résistance à l'usure est nécessaire.
- Lorsque le travail implique de travailler à des températures élevées, par exemple, les processus de moulage sous pression et d'extrusion.
Sélectionnez l'acier inoxydable :
- Pour les projets où apparence et la facilité de nettoyage sont importantes, comme les façades architecturales, les instruments médicaux et les équipements de transformation des aliments,
- Lorsque vous résistance à la corrosion est nécessaire, par exemple dans des environnements extérieurs exposés à l'humidité ou dans des équipements exposés à des produits chimiques.
- Implants médicaux et outils chirurgicaux.
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