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Support de cours pour enseignants d’Architecture et de Génie Civil

Module 6Propriétés mécaniques des

aciers inoxydables

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Attention :

Ce module concerne les applications non structurales (pour ces dernières, merci de consulter le Module 7)

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Généralement, les applications non structurales ne nécessitent pas de résistances élevées. Par contre, le choix des matériaux doit optimiser un ensemble de propriétés

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Résistance à la corrosion suffisante

Résistance mécanique

Coût Soudabilité

Usinabilité

Finition de surface

Formabilité

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Propriétés mécaniques :

1. Limite d’élasticité (MPa)2. Résistance à la traction (MPa)3. Allongement (%)4. Module de Young (MPa)5. Résistance aux chocs6. Résistance au feu7. Résistance au fluage8. Propriétés aux températures cryogéniques9. Propriétés aux températures élevées10. Résistance à la fatigue

Les propriétés 1-6 sont les plus appropriées en architecture & ingénierie

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NormesLes 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 :– Tôles– Plaques– Barres– Tubes– Produits forgés– Produits moulés– Fixations– Fils– Produits de soudage– Etc.

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Propriétés mécaniques : informations de base

Essais de traction et de résistance aux chocs :Merci de regarder les vidéos !

http://www.youtube.com/watch?v=67fSwIjYJ-E

http://www.youtube.com/watch?v=_b6UIsANNl0

http://www.youtube.com/watch?v=t9eB0PKYAt8

http://www.youtube.com/watch?v=tpGhqQvftAo

Pour plus de détails sur les caractéristiques mécaniques et sur ce que l’on déduit des courbes contrainte-déformation, aller sur :http://www.engineeringarchives.com/les_mom_truestresstruestrainengstressengstrain.htmlainsi que sur les pages précédentes et suivantes du site Internet & Réfs. 1-2

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Courbes de traction typiques des aciers inoxydables

Courbes contrainte-déformation typiques de différents types d’aciers inoxydables

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

7

Cont

rain

te (M

Pa)

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

Déformation (%)

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Comparaison entre les aciers au carbone et les aciers inoxydables

La résistance mécanique des aciers

inoxydables est similaire à celle des aciers au carbone

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<

ACIERS INOXYDABLES AUSTÉNITIQUES

TYPE 304/316

ACIERS INOXYDABLES MARTENSITIQUES

ACIERS INOXYDABLES FERRITIQUES

TYPE 430

ACIERS AU CARBONE

ACIERS INOXYDABLES FERRITIQUES :

ÉQUIVALENTS AUX ACIERS AU CARBONE

ACIERS INOXYDABLES AUSTÉNITIQUES :

PLUS APTES A LE FABRICATION DE FORMES COMPLEXES

Déformation

Cont

rain

te

(MPa

)

<

<

<

<

fu

fy

fy

fu

DUPLEX

<

ACIERS Micro-alliés

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Propriétés mécaniques des aciers inoxydables3-7

Allongement (%)

Lim

ite d

’éla

stic

ité m

inim

ale

à 0,

2 %

(MPa

)

9

M : Martensitiques*Nuances M1 : C-Cr-NiNuances M2 : C-Cr

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)

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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 7De nombreuses données expérimentales sont disponibles dans la référence 8.

10

0

100

200

300

400

500

600

700

ANNEALED CP350 CP500

MPa

Résistance minimale des aciers inoxydables austénitiques écrouis (en MPa)

fy (Yield Stress) fu (Ultimate tensile Strength)

RECUIT CP350 CP500

fu (résistance à la traction)fy (limited’élasticité)

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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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Résistance au choc (essai Charpy) des aciers inoxydables (réf. 8)

FERRITIQUES

AUSTÉNITIQUES

TEMPÉRATURE

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Mécanique de la ruptureEffet de l’épaisseur sur la résistance à la rupture

(voir aussi réf. 9, figure 5)

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Rupture fragileLe centre de l’aire est contraint de se déformer dans la direction Y

Épaisseur, B

Rési

stan

ce à

la ru

ptur

e, K

c

KlcDéformation

plane

Contrainteplane

Mode mixte

Mince

Épais

Moyen

Lèvres de la fracture -La surface libre autorise la déformation dans la direction Z

Rupture ductile prédominante due à un état de contrainte biaxiale

Section mince

Section épaisse

Rupture fragile prédominante due à un état de contrainte triaxiale

Les lèvres de la fracture représentent un pourcentage important de l’épaisseur

Les lèvres de la fracture représentent un faible pourcentage de l’épaisseur

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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

Température (°C)

Coef

ficie

nt d

e ré

duct

ion

de la

rési

stan

ce k

0,2%

,θ 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

Résistance au feu9 -10

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Température (°C)

Coef

ficie

nt d

e ré

duct

ion

de la

rigi

dité

kE,θ

Résistance au feu9 -10

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

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Courbes d’évolution de la rigidité en fonction de la température

Austénitique/DuplexFerritiqueAcier au carbone

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Comparaison des caractéristiques de tractionde différents alliages

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Les aciers inoxydables présentent des caractéristiques en traction plusélevées que l’acier doux, l’aluminium et le laiton. Les nuances Duplexoffrent un excellent rapport résistance/ductilité

Résistance à la traction

Limite d’élasticité

Légende

Résis

tanc

e à

la tr

actio

n et

lim

ite d

’éla

stic

ité (M

Pa)

Allo

ngem

ent (

%)

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Références et sources1. http://www.engineeringarchives.com/les_mom_stressstraindiagram.html2. http://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html3. http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-

files/PDF/ISSF_The_Ferritic_Solution_English.pdf4. http://www.imoa.info/download_files/stainless-steel/Duplex_Stainless_Steel_3rd_Edition.pdf5. http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-

files/PDF/Euro_Inox/Tables_TechnicalProperties_EN.pdf6. http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Euro_Inox/Recommend_EN.pdf

(Tableau 3-5)7. http://bookshop.europa.eu/en/structural-design-of-cold-worked-austenitic-stainless-steel-

pbKINA21975/?CatalogCategoryID=w2wKABst3XAAAAEjfJEY4e5L8. Source du graphe: Ugitech (http://www.ugitech.com/)9. http://www.steel-stainless.org/media/1187/safss-01-04.pdf10. Source : « Stainless steels in Fire » Rapport de l’Union Européenne EUR 23745 EN, 2009

(http://bookshop.europa.eu/en/stainless-steel-in-fire-pbKINA23745/?CatalogCategoryID=w2wKABst3XAAAAEjfJEY4e5L)

11. http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Practical_Guidelines_for_the_Fabrication_of_Duplex_Stainless_Steels.pdf, page 25

12. http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=111

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Merci !

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