Acier hypoeutectoïde : structure, propriétés, production et application

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'utilisation des aciers au carbone est très répandue dans la construction et l'industrie. Le groupe de fer dit technique présente de nombreux avantages qui conduisent à une performance accrue des produits finaux et des structures. Outre les caractéristiques optimales de résistance et de résistance aux contraintes, ces alliages se distinguent également par des propriétés dynamiques flexibles. En particulier, l'acier hypoeutectoïde, qui contient également un pourcentage considérable de mélanges de carbone, est apprécié pour sa ductilité élevée. Mais ce ne sont pas tous les avantages de cette variété de fer à haute résistance.

Informations générales sur l'alliage

Une caractéristique distinctive de l'acier est la présence d'impuretés alliées spéciales et de carbone dans la structure. En fait, l'alliage hypoeutectoïde est déterminé par la teneur en carbone. Ici, il est important de faire la distinction entre les aciers eutectoïdes classiques et les aciers à ledeburite, qui ont beaucoup en commun avec la variété décrite de fer technique. Si l'on considère la classe structurelle de l'acier, l'alliage hypoeutectoïde fera référence aux eutectoïdes, mais contenant des ferrites et des perlites alliées. La différence fondamentale avec les hypereutectoïdes est le niveau de carbone inférieur à 0,8 %. Dépassant ceindicateur nous permet de classer l'acier comme eutectoïdes à part entière. D'une certaine manière, l'opposé de l'hypoeutectoïde est l'acier hypereutectoïde, qui, en plus de la perlite, contient également des impuretés secondaires de carbures. Ainsi, deux facteurs principaux permettent de distinguer les alliages hypoeutectoïdes du groupe général des eutectoïdes. Premièrement, il s'agit d'une teneur en carbone relativement faible, et deuxièmement, il s'agit d'un ensemble spécial d'impuretés, dont la base est la ferrite.

Technologie de production

Le processus technologique général pour la fabrication de l'acier hypoeutectoïde est similaire à la production d'autres alliages. C'est-à-dire qu'approximativement les mêmes techniques sont utilisées, mais dans des configurations différentes. L'acier hypoeutectoïde nécessite une attention particulière quant à l'obtention de sa structure spécifique. Pour cela, une technologie est utilisée pour assurer la décomposition de l'austénite sur fond de refroidissement. À son tour, l'austénite est un mélange combiné, comprenant les mêmes ferrite et perlite. En régulant l'intensité du chauffage et du refroidissement, les technologues peuvent contrôler la dispersion de cet additif, qui affecte finalement la formation de certaines qualités de performance du matériau.

Cependant, le carbone fourni par la perlite reste le même. Bien qu'un recuit ultérieur puisse corriger la formation de la microstructure, la teneur en carbone sera de l'ordre de 0,8 %. Une étape obligatoire dans le processus de formation de la structure en acier est la normalisation. Cette procédure est nécessaire pour l'optimisation fractionnaire de grains de mêmeausténite. En d'autres termes, les particules de ferrite et de perlite sont réduites à des tailles optimales, ce qui améliore encore les performances techniques et physiques de l'acier. Il s'agit d'un processus complexe dans lequel beaucoup dépend de la qualité de la régulation du chauffage. Si le régime de température est dépassé, l'effet inverse peut très bien être fourni - une augmentation des grains d'austénite.

Recuit de l'acier

L'utilisation de plusieurs méthodes de recuit est pratiquée. Il existe une différence fondamentale entre les techniques de recuit complet et partiel. Dans le premier cas, l'austénite est intensément chauffée à une température critique, après quoi la normalisation est effectuée au moyen d'un refroidissement. C'est là que se produit la décomposition de l'austénite. En règle générale, le recuit complet des aciers est effectué en mode 700-800 °C. Le traitement thermique à ce niveau active simplement les processus de décomposition des éléments en ferrite. La vitesse de refroidissement peut également être ajustée, par exemple, le personnel du four peut actionner la porte de la chambre en la fermant ou en l'ouvrant. Les derniers modèles de fours isothermes en mode automatique peuvent effectuer un refroidissement lent selon un programme donné.

Quant au recuit incomplet, il est obtenu par chauffage à une température supérieure à 800 °C. Cependant, il existe de sérieuses limitations sur le temps de maintien de l'effet de température critique. Pour cette raison, un recuit incomplet se produit, à la suite duquel la ferrite ne disparaît pas. Par conséquent, de nombreuses lacunes dans la structure du futur matériau ne sont pas éliminées. Pourquoi un tel recuit des aciers est-il nécessaire s'il n'améliore pas la physiquequalité? En fait, c'est un traitement thermique incomplet qui permet de conserver une structure souple. Le matériau final peut ne pas être requis dans toutes les applications spécifiques aux aciers au carbone en soi, mais permettra un usinage facile. L'alliage doux pro-eutectoïde est facile à couper et moins coûteux à fabriquer.

Normalisation des alliages

Après la cuisson vient le tour des procédures de traitement thermique accru. Il y a des opérations de normalisation et de chauffage. Dans les deux cas, on parle d'un effet thermique sur la pièce, auquel cas la température peut dépasser 1000 °C. Mais en soi, la normalisation des aciers hypoeutectoïdes se produit après la fin du traitement thermique. A ce stade, le refroidissement commence dans des conditions d'air calme, au cours duquel l'exposition a lieu jusqu'à la formation complète de l'austénite à grains fins. C'est-à-dire que le chauffage est une sorte d'opération préparatoire avant de ramener l'alliage dans un état normalisé. Si nous parlons de changements structurels spécifiques, ils se traduisent le plus souvent par une diminution de la taille de la ferrite et de la perlite, ainsi que par une augmentation de leur dureté. Les qualités de résistance des particules sont augmentées en termes de par rapport à celles obtenues par des procédures de recuit.

Après la normalisation, une autre procédure de chauffage à longue exposition peut suivre. La pièce est ensuite refroidie, et cette étape peut être réalisée de différentes manières. L'acier hypoeutectoïde final est obtenu soit sous air, soit sousfours à refroidissement lent. Comme le montre la pratique, l'alliage de la plus haute qualité est formé en utilisant la technologie complète de normalisation.

L'effet de la température sur la structure de l'alliage

L'intervention de la température dans le processus de formation de la structure en acier commence à partir du moment de la transformation de la masse ferrito-cémentite en austénite. En d'autres termes, la perlite passe à l'état de mélange fonctionnel, qui devient en partie la base de la formation d'acier à haute résistance. Dans l'étape suivante du traitement thermique, l'acier trempé se débarrasse de l'excès de ferrite. Comme déjà noté, il n'est pas toujours complètement éliminé, comme dans le cas d'un recuit incomplet. Mais l'alliage hypoeutectoïde classique implique toujours l'élimination de ce composant austénitique. À l'étape suivante, la composition existante est déjà optimisée dans l'espoir de former une structure optimisée. C'est-à-dire qu'il y a une diminution des particules de l'alliage avec l'acquisition de propriétés de résistance accrues.

La transformation isotherme avec un mélange surfondu d'austénites peut être effectuée selon différents modes et le niveau de température n'est qu'un des paramètres contrôlés par le technologue. Les intervalles de pointe d'exposition thermique, la vitesse de refroidissement, etc. varient également Selon le mode de normalisation choisi, l'acier trempé est obtenu avec certaines caractéristiques techniques et physiques. C'est à ce stade qu'il est également possible de définir des propriétés opérationnelles particulières. Un exemple frappant est un alliage à structure molle, obtenu dans le but d'un traitement ultérieur efficace. Mais le plus souventles fabricants se concentrent toujours sur les besoins du consommateur final et ses exigences pour les principales qualités techniques et opérationnelles du métal.

Structure en acier

Le mode de normalisation à une température de 700 °C provoque la formation d'une structure dans laquelle les grains de ferrites et de perlites formeront la base. Soit dit en passant, les aciers hypereutectoïdes ont de la cémentite dans leur structure au lieu de la ferrite. A température ambiante, à l'état normal, on note également la teneur en ferrite en excès, bien que cette part soit minimisée au fur et à mesure que le carbone augmente. Il est important de souligner que la structure de l'acier dépend dans une faible mesure de la teneur en carbone. Il n'affecte pratiquement pas le comportement des principaux composants lors d'un même chauffage, et la quasi-totalité est concentrée en perlite. En fait, la perlite peut être utilisée pour déterminer le niveau de teneur en carbone du mélange - en règle générale, il s'agit d'une valeur insignifiante.

Une autre nuance structurelle est également intéressante. Le fait est que les particules de perlite et de ferrite ont la même gravité spécifique. Cela signifie que par la quantité de l'un de ces composants dans la masse totale, vous pouvez savoir quelle est la surface totale qu'il occupe. Ainsi, les surfaces de microsection sont étudiées. Selon le mode dans lequel l'acier hypoeutectoïde a été chauffé, les paramètres fractionnaires des particules d'austénite sont également formés. Mais cela se produit presque dans un format individuel avec la formation de valeurs uniques - une autre chose est que les limites pour divers indicateurs restent standard.

Propriétés de l'acier hypoeutectoïde

Ce métal appartientaux aciers à faible teneur en carbone, il ne faut donc pas en attendre des performances particulières. Qu'il suffise de dire qu'en termes de caractéristiques de résistance, cet alliage est nettement inférieur aux eutectoïdes. Cela est dû à des différences de structure. Le fait est que la classe d'acier hypoeutectoïde contenant un excès de ferrites a une résistance inférieure à celle des analogues contenant de la cémentite dans l'ensemble structurel. En partie pour cette raison, les technologues recommandent d'utiliser des alliages pour l'industrie de la construction, dans la production desquels l'opération de cuisson avec déplacement de ferrites a été mise en œuvre au maximum.

Si nous parlons des propriétés exceptionnelles positives de ce matériau, il s'agit de la plasticité, de la résistance aux processus biologiques naturels de destruction, etc. Dans le même temps, le durcissement des aciers hypoeutectoïdes peut ajouter un certain nombre de qualités supplémentaires au métal. Par exemple, il peut s'agir à la fois d'une résistance thermique accrue et de l'absence de prédisposition aux processus de corrosion, ainsi que de toute une gamme de propriétés protectrices inhérentes aux alliages conventionnels à faible teneur en carbone.

Domaines d'application

Malgré une légère diminution des propriétés de résistance due au fait que le métal appartient à la classe des aciers ferritiques, ce matériau est courant dans différents domaines. Par exemple, en construction mécanique, on utilise des pièces en aciers hypoeutectoïdes. Une autre chose est que des alliages de haute qualité sont utilisés, dans la fabrication desquels des technologies avancées de cuisson et de normalisation ont été utilisées. De plus, la structure de l'acier hypoeutectoïde à teneur réduite en ferrite est assezpermet l'utilisation du métal dans la production de structures de bâtiments. De plus, le coût abordable de certaines nuances d'acier de ce type permet de compter sur des économies importantes. Parfois, dans la fabrication de matériaux de construction et de modules en acier, une résistance accrue n'est pas du tout requise, mais une résistance à l'usure et une élasticité sont nécessaires. Dans de tels cas, l'utilisation d'alliages hypoeutectoïdes est justifiée.

Production

De nombreuses entreprises sont engagées dans la fabrication, la préparation et la production de métal hypoeutectoïde en Russie. Par exemple, l'usine de métaux non ferreux de l'Oural (UZTSM) produit plusieurs nuances d'acier de ce type à la fois, offrant au consommateur différents ensembles de propriétés techniques et physiques. L'aciérie de l'Oural produit des aciers ferritiques, qui comprennent des composants alliés de haute qualité. De plus, des modifications d'alliages spéciaux sont disponibles dans la gamme, y compris des métaux résistants à la chaleur, à haute teneur en chrome et inoxydables.

Metalloinvest peut également être distingué parmi les plus grands producteurs. Dans les installations de cette entreprise, des aciers de construction à structure hypoeutectoïde sont produits, conçus pour être utilisés dans la construction. À l'heure actuelle, l'aciérie de l'entreprise travaille selon de nouvelles normes, ce qui permet d'améliorer le point faible des alliages de ferrite - l'indicateur de résistance. Les technologues de l'entreprise travaillent notamment à augmenter le facteur d'intensité de contrainte, afin d'optimiser la résistance aux chocs et à la fatigue du matériau. Cela nous permet d'offrir des alliages presque universels.

Conclusion

Il existe plusieurs propriétés techniques et opérationnelles des métaux industriels et de construction qui sont considérées comme fondamentales et sont régulièrement améliorées. Cependant, à mesure que les conceptions et les processus technologiques deviennent plus complexes, de nouvelles exigences pour la base d'éléments apparaissent également. À cet égard, l'acier hypoeutectoïde se manifeste clairement, dans lequel différentes qualités de performance sont concentrées. L'utilisation de ce métal est justifiée non pas dans les cas où une pièce à plusieurs performances ultra-hautes est nécessaire, mais dans des situations où des ensembles atypiques spéciaux de propriétés différentes sont nécessaires. Dans ce cas, le métal illustre la combinaison de flexibilité et de ductilité avec une résistance optimale aux chocs et les qualités de protection de base que l'on trouve dans la plupart des alliages de carbone.