11SMnPb30 – 11SMnPb37

Paramètres influençant l’usinabilité aux machines-outils 

Les paramètres principaux influençant l’usinabilité aux machines-outils sont les suivants:

  • acciai-lavorazioni-meccaniche-2Composition chimique
  • Forme et distribution des sulfures de manganèse 
  • Structure à bandes
  • Ecrouissement et caractéristiques mécaniques

 

Paramètres en détail:
Composition chimique
Carbone C
La norme européenne pour les produits finis à froid prévoit une teneur de carbone C ≤ 0,14 %.
L’acier est généralement fourni avec une teneur de carbone C ≤ 0,10 %; l’inconvénient de l’excessive ductilité, typique des aciers à faible teneur de carbone, est corrigé par des réductions d’étirage appropriées

Silicium Si
La norme européenne pour les produits finis à froid prévoit une teneur de silicium Si ≤ 0,05 %.
Cet élément est très nuisible pour l’usinabilité et il doit être limité à des teneurs extrêmement réduites. En effet il se fixe avec l’oxygène contenu dans l’acier en causant la formation d’inclusions abrasives qui réduisent la vie de l’outil.
En outre il exerce une influence négative sur la morphologie des sulfures de manganèse.
Les meilleurs résultats en termes d’usinabilité sont obtenus avec une teneur de silicium Si ≤ 0,02 %.
Manganèse Mn
Il est présente dans les aciers sous forme de sulfures de manganèse ou dissous dans la structure de base ferritique.
Sa teneur peut varier de 0,90 % à 1,50 %.
Phosphore P
Il se trouve dissous dans la structure de base ferritique; il contribue à augmenter la dureté et la fragilité de l’acier en favorisant donc la fragmentation des coupeaux.
La norme européenne pour les produits finis à froid prévoit une teneur de phosphore ≤ 0,11 %.
Soufre S
Il est présent dans l’acier sous forme de sulfures de manganèse et représente un des paramètres déterminants pour l’usinabilité. La nature et la morphologie des sulfures seront traitées dans le relatif paragraphe.
La teneur de soufre peut varier de 0,27 % à 0,40 %.
Plomb Pb
Il est insoluble dans le fer; il tend à se lier aux inclusions non-métalliques présentes dans l’acier ou il se trouve sous forme de particules élémentaires.
Il agit comme lubrifiant, réduit le coefficient de frottement entre outil et coupeau et la formation du dépôt de matière sur le tranchant de la lame.
La norme européenne prévoit une teneur de plomb comprise entre 0,20 % et 0,35 %.
Oxygène O:
Si présent dans l’acier à l’état “libre” (c’est à dire oxygène non lié à Si et Al), il favorise la formation et la conservation des sulfures de forme arrondie, prérogative essentielle pour une bonne usinabilité aux machines-outils.
Aluminium Al:
Il est très nuisible pour l’usinabilité et doit être limité à des teneurs extrêmement réduites. Autrement il donnera lieu à la formation d’inclusions d’alumine avec des effets extrêmement délétères pour la vie de l’outil.
Eléments durcissant:
La teneur des éléments comme Ni, Cr, Mo etc. doit être limitée.
Leur valeur cumulative doit de préférence être inférieure au 0,30 %.

La morphologie des sulfures permet de prévoir le comportement des coupeaux et donc la performance en termes d’usinabilité.
En général on pense que les sulfures de forme sphéroïdale (bas rapport longueur/épaisseur), uniformément distribués, favorisent la rupture du coupeau en représentant une effective discontinuité dans la structure de base de l’acier.

Au contraire les sulfures petits et filiformes donnent une faible contribution à l’usinabilité.
Formation de coupeaux allongés et usure rapide de l’outil en sont les conséquences directes.

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acciai-lavorazioni-meccaniche-411SMnPb37

Section longitudinale
Sulfures arrondis
Agrandissement: 100 X 

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Section longitudinale
Sulfures arrondis
Agrandissement: 100 X


Intuitivement on pourrait penser que la présence des bandes favorise la fragmentation des coupeaux en améliorant l’usinabilité dans les opérations de percement. Par contre elle ne devrait pas avoir d’effets considérables dans les opérations de tournage.
Cependant il y a à ce sujet des opinions discordantes; en général on croit qu’une présence marquée de bandes est de toute façon nuisible.
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Bandes de perlite légères et rares

 

 

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Formation marquée de bandes
Bandes fines et compactes


Une bonne usinabilité ne dépend pas seulement de l’analyse, mais aussi de la dureté de la matière et de sa ductilité (c’est à dire de l’aptitude d’un métal à se laisser modeler ou déformer).
Souvent la dureté plus basse n’est pas la plus avantageuse et en général on pense que plus élevée est la ductilité, plus réduite est l’usinabilité.
Une excessive ductilité rend l’acier pâteux à la coupe en donnant lieu à un mauvais finissage.
Un écrouissage à froid modéré, réalisable par étirage, permet une amélioration de toutes les deux caractéristiques; il donne dureté et corrige l’excès de ductilité.

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