Post on 08-Mar-2021
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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
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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
)
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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.
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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
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’éla
stic
ité (M
Pa)
Allo
ngem
ent (
%)
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Références et sources1. http://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html2. https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-
files/PDF/ISSF_Martensitic_Stainless_Steels.pdf3. https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-
files/PDF/ISSF_The_Ferritic_Solution_French.pdf4. http://www.imoa.info/download_files/stainless-steel/Duplex_Stainless_Steel_3rd_Edition.pdf5. https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-
files/PDF/Euro_Inox/Tables_TechnicalProperties_EN.pdf6. http://www.steel-stainless.org/designmanual7. http://bookshop.europa.eu/en/structural-design-of-cold-worked-austenitic-stainless-steel-
pbKINA21975/?CatalogCategoryID=w2wKABst3XAAAAEjfJEY4e5L8. Source of the graph: Ugitech (http://www.ugitech.com/)9. http://www.steel-stainless.org/media/1187/safss-01-04.pdf10. Source: « Stainless steels in Fire » European Union report EUR 23745 EN, 2009
(http://bookshop.europa.eu/en/stainless-steel-in-fire-pbKINA23745/?CatalogCategoryID=w2wKABst3XAAAAEjfJEY4e5L)
11. https://www.imoa.info/molybdenum-uses/molybdenum-grade-stainless-steels/duplex-stainless-steel.php
12. http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=111
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Merci !
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