Classes de résistance à la traction des vis et écrous en acier inoxydable

La résistance à la traction de l’acier et de l’acier inoxydable est un paramètre essentiel en matière de capacité de charge et de sécurité des joints filetés. Elle est composée de deux paramètres clés pour les vis en acier en fonction desquels il est facile de déterminer la résistance à la traction et la limite d’élasticité. Cependant, à partir d’une certaine taille, les vis en acier inoxydable et les écrous en acier inoxydable sont marqués d’une combinaison de lettres et de chiffres (par ex. A4-80). La combinaison lettre-numéro disposée devant le trait d’union attribue la vis ainsi marquée à un groupe de matériaux et à un groupe d’acier et fournit des informations sur les propriétés de base du matériau de la vis. Le chiffre 80 à droite du trait d’union indique la classe de résistance. Cet article montre comment utiliser la classe de résistance des boulons en acier inoxydable pour déterminer leurs limites d’utilisation et fournir un aperçu de la capacité de charge des classes de résistance typiques.

Qu’est-ce que la résistance à la traction ?

La résistance à la traction désigne la contrainte mécanique maximale qu’un matériau peut supporter avant rupture. Elle est généralement exprimée en mégapascal (MPa) ou en Newtons par millimètre carré (N/mm²). Pour les fixations, elle est particulièrement importante car elle détermine la charge maximale que l’élément peut supporter sans défaillance.

Formule de calcul de la résistance à la traction

Il n’existe pas de formule universelle de résistance à la traction pour calculer la résistance à la traction, en effet, elle dépend de différentes conditions (matériau, composition et traitement de l’alliage). En règle générale, la résistance à la traction est déterminée empiriquement par des essais de matériaux, puis résumée dans des tableaux de résistance à la traction pour les vis et l’acier inoxydable dans des fiches techniques ou des normes de matériaux. Cependant, il est possible de calculer la contrainte subie par un matériau lorsqu’il est soumis à une charge de traction. La formule générale pour la contrainte (σ) dans un matériau soumis à une charge de traction est :

Où :

• σ = la contrainte en Pascal (Pa)
• F = la force de traction agissant sur le matériau en Newton (N)
• A = la surface transversale du matériau soumis à la force de traction en mètres carrés (m²).

Pour déterminer cette résistance à la traction de l’acier ou de l’acier inoxydable, par exemple, on utilise la force de traction maximale (F) et la plus petite surface de la section (A) sur laquelle le matériau a été testé. La résistance à la traction est généralement exprimée en mégapascal (MPa).

Présentation des nuances d’acier inoxydable

L’acier inoxydable est un terme générique désignant environ 120 nuances différentes d’acier résistant à la corrosion. Ces nuances sont composées d’alliages différents adaptés à des usages et cas d’utilisation variés. Cependant, ils contiennent tous du chrome, et éventuellement du nickel, responsables de la résistance à la corrosion. Les éléments réagissent avec l’oxygène de l’air pour former une fine couche d’oxyde protectrice à la surface de l’acier. Cette couche d’oxyde est appelée couche passive et empêche l’oxygène supplémentaire d’entrer en contact avec le fer sous-jacent, empêchant ainsi la corrosion et la rouille. Par rapport aux aciers faiblement alliés ou aux aciers de construction, la résistance à la traction de l’acier inoxydable est relativement élevée. Par exemple, l’acier inoxydable 1.4301 a une résistance à la traction de 500 - 700 N/mm² (comparaison : pour l’acier de construction conventionnel, la résistance à la traction est de 300 à 590 N/mm²). Les normes DIN 17440 et DIN EN ISO 3506 s’appliquent aux aciers inoxydables. Les principales catégories d’aciers inoxydables sont les suivantes.

Aciers inoxydables austénitiques

Ces aciers inoxydables se caractérisent par leur teneur élevée en chrome et nickel, généralement supérieure à 16 % de chrome et supérieure à 8 % de nickel. Ils sont non magnétiques et ont une excellente résistance à la corrosion et soudabilité. La lettre A figurant dans le nom d’un acier inoxydable, comme V2A, indique qu’il s’agit d’un acier inoxydable austénitique.

Aciers inoxydables ferritiques

Les aciers inoxydables ferritiques contiennent une grande quantité de chrome, mais peu ou pas de nickel. Ils sont magnétiques et offrent une bonne résistance à la corrosion dans les environnements non agressifs. La lettre F est utilisée au nom des aciers inoxydables pour indiquer qu’il s’agit d’aciers inoxydables ferritiques.

Aciers inoxydables martensitiques

Les aciers inoxydables martensitiques se caractérisent par leur teneur élevée en carbone et leur teneur en chrome modérée à élevée. Ils sont magnétiques et ont une excellente dureté et résistance à l’usure. Les aciers inoxydables martensitiques sont souvent utilisés dans les couteaux et les outils. La lettre C figurant dans le nom de acier inoxydable martensitique indique la teneur en carbone.

Aciers inoxydables duplex

Les aciers inoxydables duplex ont un mélange de structure austénitique et ferritique dans leur alliage. Ils offrent une bonne résistance à la corrosion et sont particulièrement utiles dans les environnements à fortes concentrations de chlorure, comme dans l’industrie chimique et dans les applications d’eau de mer.

Vis et écrous en acier inoxydable

Les vis et écrous en acier inoxydable sont connus pour leur résistance à la corrosion. Il est néanmoins possible que l’acier inoxydable commence également à rouiller, par exemple en raison de la rouille étrangère due au contact avec les métaux en cours de corrosion. La classe de résistance des vis donne des informations sur la charge qu’elles peuvent absorber.

Résistance à la traction des vis en acier inoxydable

La résistance à la traction des vis en acier inoxydable est spécifiée comme une classe de résistance. La classe de résistance combine la résistance à la traction et la limite d’élasticité correspondante :

En dessous de la limite d’élasticité, le matériau revient à son état d’origine après déformation, au-dessus de la limite d’élasticité, la déformation reste. Cependant, la limite d’élasticité de 0,2 % est souvent spécifiée au lieu de la limite d’élasticité, car la limite d’élasticité n’est pas toujours clairement identifiable par le test de traction. Cela décrit le stress auquel l’allongement permanent après soulagement est égal à 0,2 %. Il existe des tableaux pour les classes de résistance de vis à titre de guide. Par le passé, il était courant de préciser la résistance à la traction des vis en kg dans les tableaux, mais aujourd’hui, elle est principalement exprimée en Pascal (Megapascal) ou Newton (par millimètre carré).

La classe de résistance influence directement le couple maximal qui peut être exercé sur la vis ou l’écrou. Lors de la sélection de la vis ou de l’écrou en acier inoxydable correct, il faut donc d’abord déterminer quel couple est requis pour une installation sûre et si la classe de résistance permet ce couple.

En plus de la classe de résistance - 80 dans l’exemple ici - le marquage A4 spécifie le groupe de matériaux et le type d’acier de la vis ou de l’écrou en acier inoxydable. Il désigne la composition chimique de l’acier inoxydable et aux propriétés associées de résistance à la corrosion et de résistance aux acides. A2 par exemple désigne un acier inoxydable austénitique avec certains composants en chrome et nickel. L’acier inoxydable portant l’étiquette A4 est également résistant à l’acide ou à l’eau de mer.

MISUMI propose une large gamme de vis en acier inoxydable avec une large gamme de classes de résistance.

Résistance à la traction des écrous en acier inoxydable

La classification des écrous est légèrement moins spécifique que celle des vis, car ils sont souvent utilisés en combinaison avec des vis et doivent donc être principalement adaptés à la vis. En général, les écrous en acier inoxydable sont souvent conçus pour correspondre à la même classe de résistance à la traction ou à une classe supérieure à celle de la vis associée.

Les propriétés mécaniques des écrous en acier inoxydable, ainsi que celles des écrous en acier, sont exprimées par les classes de résistance et par les contraintes de charge garanties qui correspondent à la classification de résistance de la vis appariée.

Étant donné que les écrous en acier inoxydable sont utilisés avec des vis en acier inoxydable correspondantes, l’épaisseur du matériau d’un écrou en acier inoxydable est généralement déterminée par l’épaisseur du matériau d’une vis fabriquée dans le même matériau. En raison de cette correspondance, on suppose souvent qu’il n’y aura pas de rupture de cisaillement sur les filetages lorsqu’une combinaison de vis et d’écrous en acier inoxydable est utilisée. Cependant, il est important de remarquer que les écrous à profil bas dotés de quelques filetages de verrouillage seulement doivent être utilisés avec prudence pour éviter toute rupture de cisaillement sur les filetages.

Tableau des résistances à la traction des aciers inoxydables

Consultez le tableau ci-dessous pour un aperçu de la résistance à la traction de différentes nuances d’acier inoxydable. Les valeurs indiquées représentent les directives générales et peuvent varier légèrement en fonction du processus de fabrication, du traitement thermique et de l’alliage spécifique. Il est conseillé de consulter les fiches techniques des matériaux et les spécifications techniques pour obtenir des informations détaillées sur vos exigences.

• Le nombre présent dans la classe de résistance correspond à 1/10 de la valeur nominale de la résistance minimale à la traction.
• Exemple : La classe de résistance A2-50 pour les matériaux austénitiques désigne un matériau ayant une résistance à la traction de 500 N/mm², une limite d’élasticité de 210 N/mm² et un allongement à la rupture de 0,6 d.
• Les aciers inoxydables sont classés en types (austénitiques, martensitiques et ferritiques) et on détermine les classes de résistance pour les aciers martensitiques en fonction des différences de traitement thermique.

Lien vers d’autres articles de blog sur les vis

Si vous souhaitez approfondir le sujet des vis, vous trouverez plus d’informations dans les articles de blog suivants :

• Calcul des résistances au cisaillement et à la traction pour les vis