Usinage des aciers inoxydables

L’acier inoxydable est un matériau difficile à usiner. L’usinage comporte un risque de trempe à froid. De plus, les erreurs d’usinage peuvent créer des surfaces d’attaque pour la corrosion. L’article suivant répond à la question fréquemment posée « L’acier inoxydable peut-il rouiller ? », fournit un aperçu des problèmes pendant l’usinage, des diverses méthodes d’usinage et des critères de sélection pour l’outil approprié pour l’usinage de l’acier inoxydable.

Qu’est-ce que l’acier inoxydable ?

Le terme acier inoxydable désigne les aciers alliés ou non alliés présentant un degré de pureté spécial. L’acier inoxydable désigne tous les aciers résistants à la corrosion. Cependant, au sens technique, l’acier inoxydable peut très certainement rouiller. DIN EN 10020 définit la terminologie des aciers, y compris les aciers inoxydables.

Les aciers inoxydables sont des matériaux populaires en raison de leur disponibilité et de leurs propriétés. L’acier inoxydable possède les propriétés suivantes :

• Durable
• Attractif visuellement
• Très variable

Sa polyvalence, en particulier, est très attractive : L’acier inoxydable possède des propriétés variables en fonction de sa composition. Par exemple, le chrome garantit la résistance à la corrosion tandis que le nickel favorise la résistance aux acides. En raison des propriétés positives qui peuvent être ajustées par différents alliages, divers aciers inoxydables sont souvent utilisés pour fabriquer des pièces standardisées pour le génie mécanique.

La figure suivante présente une comparaison des propriétés de l’acier en indiquant la désignation conformément à JIS et les codes articles associés valides en Europe :

Comparaison des propriétés des différents aciers

• A = Résistance à la corrosion
• B = Polissage
• C = Usinabilité
• D = Soudabilité
• E = Magnétisation
• Plus la valeur du paramètre est affichée vers l’extérieur, plus elle est prononcée.

Les aciers suivants sont codés par le numéro du matériau : X5CrNi18-10 (1.4301 / SUS 304), C X X105CrMo17 (1.4125 / SUS 440), X8CrNiS18-9 (1.4305 / SUS 303) et 100Cr6 (1.3505 / SUJ 2).

Problèmes de manipulation et d’usinage de l’acier résistant à la corrosion

On suppose à tort que l’acier résistant à la corrosion est 100 % inoxydable. Ce n’est pas vrai : une couche passive ou une couche d’oxyde qui protège l’acier de la corrosion se forme sous l’influence de l’oxygène sur la surface de l’acier inoxydable allié au chrome.   Cette couche est très fine de 0,06 à 0,08 micromètres. Cependant, la formation de cette couche et sa protection active contre la corrosion prennent un certain temps. Les problèmes typiques pendant l’usinage sont que la couche n’a pas eu suffisamment de temps pour se former ou que la couche passive est détruite par des rayures, y compris pendant l’usinage. Cependant, le contact avec d’autres métaux moins précieux peut également entraîner la rouille (corrosion par contact) d’un acier qui est en fait classé comme inox. Le métal le moins précieux réagit au contact, par exemple avec l’eau et l’oxygène. Il se corrode. Il extrait l’oxygène nécessaire à l’oxydation de son environnement immédiat. La couche passive de l’acier inoxydable allié au chrome se compose d’un oxyde de chrome, un composé chimique du chrome et de l’oxygène. Au point de contact, la couche d’oxyde de chrome est donc privée d’oxygène et la couche protectrice est détruite en conséquence. La surface désormais non protégée de l’acier inoxydable peut également se corroder.

Diverses précautions pour la manipulation et l’usinage des aciers inoxydables

En raison des problèmes susmentionnés, une attention particulière doit être portée à la manipulation et à l’usinage de l’acier résistant à la corrosion. Par exemple, les outils utilisés pour l’acier inoxydable doivent être utilisés exclusivement à ces fins et ne doivent pas avoir de contact préalable avec d’autres aciers. Cela inclut le stockage des outils.

Cependant, les choses peuvent toujours mal tourner même après l’opération d’usinage de l’acier inoxydable pour éviter toute corrosion. Si l’acier inoxydable entre en contact, par exemple, pendant le transport, avec le fer des fourches des chariots élévateurs ou des outils, les taches qui en résultent peuvent présenter un nouveau risque de corrosion. Par conséquent, il convient également de veiller à utiliser uniquement les moyens de transport appropriés.

Maintenant, examinons le processus d’usinage lui-même : Voici les différentes méthodes d’usinage, ce que vous devez respecter et les outils à utiliser.

Découpe et séparation de l'acier inoxydable

En raison des problèmes ci-dessus, une grande attention doit être portée à la séparation et à la coupe de l’acier inoxydable. Le processus de coupe peut générer de la chaleur ou créer de la rouille en suspension dans l’air. Les méthodes d’usinage, telles que le perçage et le fraisage, présentent souvent un défi lors de l’usinage de l’acier inoxydable. Par exemple, l’élément en alliage nickel a un effet négatif sur la coupe et l’usinabilité de l’acier. Outre l’utilisation de forets et d’outils de fraisage haute performance spéciaux, il est également important d’utiliser des paramètres d’usinage qui correspondent au matériau. En règle générale, on ajoute un adjuvant abrasif lors de la coupe de l’acier inoxydable à la taille souhaitée. Voici un bref aperçu des méthodes courantes de coupe de l’acier inoxydable :

• Coupe au jet d’eau : Un jet d’eau extrêmement fin est dirigé sous haute pression (jusqu’à 6 000 bar) sur le métal au moyen d’une buse et d’un matériau abrasif tel que le sable. Le sable polit simultanément la surface, assurant ainsi une faible rugosité de surface. Cette méthode de coupe ne génère aucune chaleur. Cette méthode convient également aux tôles épaisses. Cependant, par rapport à d’autres méthodes, elle est relativement lente et les coûts de l’abrasif supplémentaire peuvent être élevés en fonction de l’épaisseur de la feuille.
• Coupe au plasma : Un gaz électriquement conducteur (le plasma) est également dirigé sur le métal par une buse, où un arc est créé entre l’électrode et la pièce à usiner, ce qui chauffe fortement et fait fondre la surface. Cependant, une articulation à trait relativement large est créée par rapport à la découpe au laser ou au jet d’eau. Néanmoins, les avantages sont la possibilité de mise en œuvre d’une grande variété de contours, de couper une tôle épaisse et la rapidité de la méthode.
• Découpe au laser : Un faisceau laser hautement focalisé est dirigé sur le métal, qui est ensuite fondu/évaporé avec précision. La zone affectée par la chaleur est très limitée. La découpe au laser peut être utilisée pour fabriquer des contours complexes ; elle découpe l’acier inoxydable sans usure et est très précise et rapide. Cependant, la découpe au laser est moins adaptée aux tôles épaisses.

Assemblage et raccordement des aciers inoxydables

Les aciers résistants à la corrosion peuvent être assemblés et connectés de différentes manières. Les méthodes appropriées dépendent largement du matériau et de ses propriétés. Les méthodes de jonction possibles sont :

• Soudage
• Brasage
• Collage

En plus du fait que tous les aciers inoxydables ne peuvent pas être soudés, le soudage en particulier présente le plus grand risque de corrosion. La chaleur forte qui en résulte peut entraîner la formation de carbures de chrome, des contraintes de traction internes ou un trempage (oxydation). Si des fissures se développent, la probabilité de corrosion de l’espace est élevée. Les billes de soudage ne doivent être posées qu’avec des matériaux et des méthodes de soudage appropriés et doivent toujours être passivées après le processus de soudage. C’est le seul moyen d’assurer la résistance à la corrosion. Étant donné que la surface en acier inoxydable est passivée, un agent de flux est nécessaire pendant le brasage. Si l’acier inoxydable doit être collé, la surface doit d’abord être rugueuse. Plus la surface est lisse, plus la liaison du matériau adhésif est faible. En effet, si sa dureté est élevée, des outils spéciaux sont nécessaires pour le perçage de l'acier inoxydable. MISUMI propose, par exemple, les outils suivants pour l’usinage des différents matériaux :

• Lames de scie circulaire
• Pince coupante pour trous
• Broyeurs d’extrémité

Traitement de surface et usinage de surface : Meulage et passivation chimique de l'acier inoxydable

La surface en acier inoxydable peut par exemple être brossée, poncée, polie ou perforée. Cela modifie la rugosité de surface de l’acier inoxydable. Plus la surface est rugueuse, plus l’acier inoxydable est sensible à la corrosion. Le meulage est donc une méthode populaire pour le traitement de surface du métal.

Les méthodes courantes de meulage de l’acier inoxydable comprennent le meulage par courroie et le meulage de précision. Le meulage par courroie crée des finitions particulièrement lisses et de haute qualité et permet des retraits de matériaux plus importants. Cependant, diverses rugosités de surface peuvent également être obtenues en utilisant différentes tailles de grain dans l'abrasif. Les courroies de meulage de haute qualité sont essentielles pour éviter la contamination par la rouille étrangère. Pour cette raison, MISUMI propose une large gamme d’abrasifs différents pour le traitement de l’acier inoxydable.

Le meulage de précision comme méthode supplémentaire vise à obtenir une précision maximale ; le processus de meulage humide en particulier est très précis. Les surfaces en résultant sont particulièrement planes et parallèles. Par exemple, cela peut jouer un rôle important en ce qui concerne les tolérances, voir également l’article de blog Limites de traitement et normes de précision pour les pièces en tôle ainsi que les classes de tolérance conformément à ISO 22081 et à DIN ISO 2768 : Utilisation optimisée des tolérances générales. Vous trouverez plus de détails à ce sujet sur le portail meviy.

Sélection de l’outil

Pour un usinage efficace et réussi, beaucoup de choses peuvent déjà être prises en compte lors de la sélection des outils. Les outils d’usinage de l’acier inoxydable doivent eux-mêmes être durs, mais pas trop. Un outil trop dur peut s’effriter rapidement et se casser plus facilement à la suite de l’usinage. En outre, des vibrations accrues peuvent se produire pendant l’usinage, ce qui affecte le traitement de surface. Il est donc essentiel de déterminer la dureté correcte de l’outil pour le traitement de l’acier inoxydable. La dureté de l’acier inoxydable et des outils d’usinage repose généralement sur l’échelle de Rockwell (HRC). Les valeurs typiques HRC pour les outils d’usinage en acier inoxydable sont comprises entre 58 et 65 HRC.

D’autres plages de dureté s’appliquent, selon la classe d’usinage (par ex. sciage, perçage, fraisage, meulage de précision). Le tableau suivant présente un aperçu de l’outil adapté aux différentes duretés :

La résistance à l’usure de l’outil est étroitement associée à la dureté. L'acier inoxydable est généralement un matériau très abrasif et les outils abrasifs utilisés doivent donc avoir une résistance élevée à l'usure. Un revêtement en nitrure de titane, par exemple, peut améliorer la résistance à l’usure. De plus, les outils doivent avoir une résistance élevée à la chaleur, car une chaleur importante peut être générée lors de l’usinage de l’acier inoxydable. La coupe peut générer de la chaleur jusqu’à environ 800 °C à 1 200 °C, qui est concentrée directement sur l’arête de coupe de l’outil en raison de la faible conductivité thermique.

Chez MISUMI, cependant, en plus des outils d’usinage et de retrait de matériaux, vous trouverez également d’autres outils spécialement adaptés à l’acier inoxydable, tels que les cintreuses de tubes.

Instructions pour un usinage réussi

Les instructions suivantes peuvent être utilisées comme guide pour exclure de nombreuses erreurs pendant l’usinage. La propreté est une priorité absolue : le transfert de particules (rouille en suspension dans l’air) d’autres aciers augmente le risque de corrosion sur les aciers inoxydables. La propreté affecte non seulement l’environnement de travail, mais également les matériaux de travail, tels que les abrasifs. Il est également important de laisser le temps à la couche passive de se former. À des températures ambiantes normales de 20 °C, cela peut prendre 24 à 48 heures, et même plus longtemps en présence d’humidité. Cela doit être pris en compte lors de la détermination de la fenêtre de temps d’usinage.