Top 10 ! Les aciers d'usinage les plus courants : usinage et solutions alternatives

L'usinage est une technique essentielle à la fabrication de précision de divers composants industriels et de haute technologie. Le choix des bons alliages est crucial pour obtenir les propriétés mécaniques et physiques souhaitées. Dans cet article, nous aborderons les 10 nuances d'acier les plus faciles à usiner pour l'usinage CNC.

Qu'est-ce que l'usinage de l'acier ?

L'usinage de l'acier est un processus consistant à appliquer des techniques de coupe, de tournage, de perçage, de fraisage et autres. opérations d'usinage Sur une pièce en acier. Théoriquement, presque toutes les nuances d'acier sont usinables. Seules la facilité et l'efficacité d'usinage sont importantes. Pour cela, des facteurs d'usinabilité tels que la dureté, les inclusions, les caractéristiques d'écaillage et la conductivité thermique sont pris en compte.

Pourquoi choisir le bon acier est-il important ?

Le choix d'une nuance d'acier adaptée garantit des résultats optimaux. Il crée un équilibre parfait entre les facteurs de coût (durée de vie de l'outil, heures de travail, prix du matériau, etc.) et les caractéristiques de qualité (état de surface, faible déformation, contrôle rigoureux des tolérances, trempabilité, etc.).

Comment les nuances d'acier influencent l'efficacité de l'usinage

Une nuance d'acier correcte améliore l'efficacité de l'usinage en contrôlant la formation de copeaux, en réduisant les remplacements d'outils et en minimisant le besoin d'étapes supplémentaires pour améliorer la finition de surface.

Top 10 des nuances d'acier les plus courantes pour l'usinage

L'acier est le substrat le plus courant pour les applications d'usinage en raison de sa polyvalence, de sa disponibilité, de sa rentabilité et de la maîtrise de ses propriétés mécaniques. Différentes nuances d'acier sont adaptées à différentes applications. Nous allons ici présenter les 10 nuances d'acier les plus faciles à usiner. Usinage CNC.

1. Acier 1018 (acier au carbone doux)

L'acier SAE 1018 est considéré comme l'un des aciers d'usinage les plus courants. Avec sa teneur en carbone de 0.18 %, il se situe dans la plage d'usinabilité idéale. Sa dureté est modérée. En dessous de 0.15 % de carbone, l'acier devient trop mou pour être manipulé par la pointe de l'outil. Au-delà de 0.30 % de carbone, l'état de surface est compromis par une dureté excessive. L'acier SAE 1018 ne nécessite aucun procédé de soudage particulier. Il offre un état de surface relativement meilleur. Il est principalement utilisé pour des applications générales.

Principales propriétés de l'acier 1018

1. Faible teneur en carbone d'environ 0.18 %
2. Excellente soudabilité et formabilité
3. Structure granulaire uniforme
4. Dureté modérée d'environ BHN 120

Solution d'usinage CNC en acier 1018

L'acier 1018 présente une usinabilité d'environ 78 %. Relativement plus facile à usiner, il produit naturellement un bon état de surface. Pour améliorer encore l'état de surface, appliquez des liquides de refroidissement à émulsion d'huile légère et utilisez des vitesses modérées d'environ 150 pieds par minute. Les pointes des outils doivent être bien affûtées.

2. Acier 12L14 (acier d'usinage libre)

L'acier de décolletage 12L14 est considéré comme le meilleur acier pour l'usinage CNC. Grâce à sa teneur en plomb d'environ 0.25 %, il contient des dispersions de plomb et des inclusions de MnS qui améliorent les caractéristiques d'écaillage. Le plomb assure également la lubrification de la pointe de l'outil. Par conséquent, la production de chaleur est réduite, l'usure est réduite et la durée de vie de l'outil est prolongée. L'acier 12L14 réduit ainsi les coûts d'exploitation globaux.

Principales propriétés du 12L14

1. Excellente usinabilité d'environ 190%
2. Teneur en plomb de 25 %
3. Faible teneur en carbone d'environ 0.15 %
4. Résistance à la traction: 540 MPa
5. Rendement: 410 MPa
6. Dureté : 160 -180 BHN
7. Faible soudabilité mais bonne formabilité

Solution d'usinage CNC en acier 12L14

L'acier 12L14, avec son indice d'usinabilité de 190 %, est très facile à usiner. Il est autolubrifiant. Cependant, l'ajout d'une légère émulsion et d'une pointe d'outil acérée améliorera encore l'état de surface.

3. Acier 1045 (acier à teneur moyenne en carbone)

L'acier 1045 est un acier à teneur moyenne en carbone et à haute résistance. Il présente de bonnes caractéristiques de trempabilité. Cependant, son usinage est plus difficile que celui de l'acier à faible teneur en carbone. Cependant, pour obtenir une bonne dureté de surface, il est privilégié par rapport aux autres types d'acier.

Principales propriétés de l'acier 1045

1. Teneur moyenne en carbone d'environ 0.45 %
2. Résistance à la traction : 570- 700 MPa
3. Limite d'élasticité : 480-490 MPa
4. Dureté : 170–210 BHN
5. Possibilité de traitement thermique
6. Bonne usinabilité
7. Bonne soudabilité

Solution d'usinage CNC en acier 1045

Une utilisation généreuse de liquide de refroidissement et une pointe d'outil bien affûtée faciliteront l'usinage. L'usinage par micro-érosion doit être modéré. Un outil avec revêtement céramique améliorera également l'usinabilité. Un traitement thermique peut améliorer la dureté de surface des composants à haute résistance.

4. 4140 acier (Acier allié au chrome-molybdène)

L'acier 4140 présente une meilleure trempabilité. Il est bien connu que le chrome améliore la résistance à la corrosion. C'est vrai, mais en réalité, cela ne se produit que lorsque le chrome est présent à au moins 11 % dans l'acier. La teneur en chrome de l'acier 4140 contribue en réalité à améliorer la trempabilité plutôt que la résistance à la corrosion. L'acier 4140 présente une résistance à la fatigue et à l'usure, ce qui le rend plus adapté aux composants porteurs et aux situations d'impact.

Principales propriétés de l'acier 4140

1. Faible alliage avec du chrome (0.80-10 %), du molybdène (0.15-0.25 %) et du manganèse (0.75-1.0 %)
2. Résistance à la traction : 655-1080 MPa
3. Limite d'élasticité : 415-850 MPa
4. Bonne trempabilité
5. Résistance à la fatigue et à l'usure
6. Bonne soudabilité avec des traitements préalables et postérieurs appropriés.

Solution d'usinage CNC en acier 4140

L'acier 4140 a tendance à s'écrouir ; il est donc conseillé d'utiliser un gradin rigide avec un faible SFM ou 60-80. Les outils en carbure améliorent l'usinabilité. Une utilisation appropriée du liquide de refroidissement est nécessaire pour éviter l'échauffement.

5. Acier 4340 (acier allié à haute résistance)

L'acier 4340 est similaire à l'acier 4140, à la différence près qu'il contient environ 2 % de nickel, ce qui lui confère ténacité et résistance à la fatigue. Son excellente trempabilité lui permet d'être trempé à cœur, même en grandes sections.

Principales propriétés de l'acier 4340

1. Excellente ténacité
2. Résistance à la traction : jusqu'à 1080 -1860 MPa selon le traitement thermique
3. Limite d'élasticité : 745 -1600 MPa
4. Excellente trempabilité
5. Haute résistance à la fatigue
6. Haute résistance aux impacts
7. Bonne résistance à l'usure

Solution d'usinage CNC en acier 4340

L'acier 4340 présentant une dureté élevée, un recuit avant usinage est recommandé. Utilisez des outils en carbure bien affûtés et bien arrosés. Une vitesse de coupe modérée, comprise entre 100 et 160 m/min, est considérée comme optimale.

6. Acier A36 (acier doux de construction)

L'A36 est un acier de construction à usage général, similaire à certains aspects au SAE 1018. Il est largement utilisé dans les applications d'usinage en raison de son prix abordable, de sa facilité de soudage et de sa disponibilité sous diverses formes.

Propriétés de l'A36 et usinabilité

1. Teneur en carbone : ≤ 26 %
2. Limite d'élasticité : ≥ 250 MPa
3. Résistance à la traction: 400-550 MPa
4. Allongement : environ 20 %
5. Soudabilité : Compatible avec toutes les méthodes de soudage courantes
6. Taux d'usinabilité : 72 %
7. Formabilité : Bonne

Solution d'usinage CNC en acier A36

L'acier 36 présente une bonne usinabilité. Il ne nécessite généralement aucune procédure d'usinage particulière. Il est généralement recouvert de calamine, dont la dureté élevée peut user rapidement l'outil. Il est donc préférable d'utiliser des pièces décapées et huilées.

7. Acier S235JR (acier de construction)

L'acier S235 JR et l'acier A36 sont des nuances d'usinage quasiment équivalentes. On les retrouve couramment dans les nuances d'acier de construction régies par la norme européenne EN 10025-2.

Principales propriétés de l'acier S235JR

1. Limite d'élasticité : ≥ 235 MPa
2. Résistance à la traction : 360 -510 MPa
3. Teneur en carbone : 0.17–20 %
4. Soudabilité : Excellente
5. Taux d'usinabilité : 60 -70 %
6. Formabilité : Bonne

Solution d'usinage CNC en acier S235JR

Des prétraitements comme le grenaillage ou le décapage peuvent aider à éliminer la calamine. Ils ne nécessitent généralement aucun traitement particulier. L'acier S235JR a tendance à former de longs copeaux. Utiliser des brise-copeaux pour un meilleur contrôle des copeaux. Des pièces telles que les supports de structure, les brides, les bâtis de machines et les structures de support sont généralement fabriquées en acier S235JR.

8. Acier S355J2 (acier de construction à haute résistance)

Le S355J2 est une autre nuance d'acier au carbone ordinaire, régie par la norme européenne EN10025-2. Il présente une résistance élevée et une bonne résilience. Il est utilisé dans les applications structurelles à haute résistance.

Propriétés essentielles pour le travail CNC

1. Limite d'élasticité : ≥ 355 MPa
2. Résistance à la traction : 470 -630 MPa
3. Teneur en carbone : 0.20–0.24 %
4. Robustesse : Excellente
5. Taux d'usinabilité : 55–60 %
6. Soudabilité : Bonne.

Solution d'usinage CNC en acier S355J2

L'usinage du S355J2 est légèrement plus délicat que celui du S235JR. L'utilisation d'outils en carbure, d'avances modérées et d'un arrosage par inondation peut améliorer l'usinabilité. Il est couramment utilisé dans les brides, supports, châssis, plaques de base et structures de montage à forte charge pour machines lourdes.

9. Acier D2 (acier à outils)

Le D2 est un acier à outils très dur et trempable. Il présente une teneur élevée en carbone et en chrome. Il est difficile à usiner.

Dureté et durabilité des pièces usinées

Les pièces usinées CNC en acier D2 présentent une dureté exceptionnellement élevée, qui peut être améliorée par traitement thermique. De ce fait, cet acier est privilégié pour les pièces mécaniques exigeant une résistance élevée à l'usure et aux chocs tout au long de leur durée de vie.

Considérations particulières pour l'usinage

Avec un faible taux d'usinabilité de seulement 40 %, l'acier D2 nécessite des solutions d'usinage spécifiques. Des outils en carbure et des angles de coupe positifs sont essentiels pour un usinage correct. La vitesse de coupe doit être faible et la profondeur de coupe réduite.

10. Acier 4130 (acier chromoly)

L'acier 4130 est un acier faiblement allié. Il offre un bon équilibre entre résistance et ténacité. Sa dureté élevée lui confère une usinabilité comparable à celle des aciers au carbone ordinaires comme l'A36 ou le SAE 1018.

Principales propriétés de l'acier 4130

1. Résistance : rapport résistance/poids élevé
2. Robustesse : excellente
3. Résistance aux chocs et à la fatigue
4. Soudabilité : Bonne
5. Dureté : Il peut être durci jusqu'à 28–32 HRC
6. Usinabilité : 70 %

Solution d'usinage CNC en acier 4130

Les outils HSS sont acceptables, mais les outils en carbure offrent de meilleures performances. Par exemple, les outils en carbure peuvent atteindre une vitesse de coupe de 80 à 100 m/min, tandis que les outils HSS n'atteignent que 50 à 60 m/min.

Comparaison des aciers d'usinage courants

Dans les solutions d'usinage CNC courantes, il existe de nombreux choix entre ces aciers :

Acier 1018 contre acier 1045

Les nuances d'acier 1018 et 1045 sont toutes deux en carbone ordinaire et sont régies par la norme SAE. L'acier 1018 est un acier à faible teneur en carbone tandis que l'acier 1045 est un acier à teneur moyenne en carbone.

Ces deux aciers sont utilisés dans les applications structurelles. L'acier 1018 est plus adapté à l'usinage lisse et à la finition de surface. L'acier 1045 présente une dureté et une résistance à l'usure élevées, mais son usinabilité et sa ténacité sont faibles. Il nécessite des solutions d'usinage et de soudage spécifiques. L'acier 1018 est facile à usiner et à souder.

Acier A36 contre acier S235JR

Les aciers A36 et S235JR sont des nuances quasiment équivalentes à bien des égards. L'A36 est régi par les normes ASTM, tandis que le S235JR est régi par les normes EN. Dans les solutions d'usinage CNC, ils sont principalement choisis pour répondre aux exigences régionales et aux spécifications nord-américaines et européennes.

Ces deux nuances d'acier sont faciles à usiner et à souder. Leur dureté est modérée. Elles sont couramment utilisées dans des applications structurelles telles que les supports, les cadres, les structures soudées et les plaques de base découpées CNC.

Acier 12L14 contre acier 1215

La principale différence entre les aciers 12L14 et 1215 est que le 12L14 a une teneur en plomb importante pour la fragmentation des copeaux et la lubrification ; et l'acier 1215 est sans plomb. L'acier 1215 contient du soufre et du manganèse qui forment des inclusions de MnS utilisées pour la fragmentation des copeaux.

Améliorer l'usinabilité grâce aux traitements thermiques

Différents types de traitements thermiques sont utilisés pour obtenir des résultats différents. Par exemple, un recuit est nécessaire pour adoucir un acier, tandis qu'un revenu peut être nécessaire pour améliorer sa ténacité.

Facteurs influençant l'usinabilité de l'acier

1. Composition chimique et microstructure.
2. Traitement thermique.
3. Dureté.

Procédés de recuit

Le recuit est utilisé pour adoucir les nuances d'acier très dures comme le D2 afin d'améliorer l'usinabilité. Un traitement de trempe et de revenu peut être nécessaire après l'usinage pour améliorer la dureté.

Normalisation et trempe

La normalisation est utilisée pour donner une microstructure uniforme sur toute la pièce.

Le traitement de revenu est utilisé sur les pièces trempées pour améliorer la ténacité tout en conservant la résistance.

Techniques de cémentation

Les traitements de cémentation tels que la cémentation et la nitruration sont utilisés pour durcir la surface de la pièce usinée tout en conservant un noyau souple pour une ténacité élevée.

Usinage de l'acier et métaux alternatifs

Très souvent, les métaux autres que l'acier sont préférés dans les applications d'usinage en raison de facteurs pouvant inclure la résistance à la corrosion, la résistance spécifique ou la durabilité.

Acier et aluminium dans l'usinage

En général, l'aluminium n'est pas considéré comme un substitut à l'acier en usinage. Chacun présente ses avantages et ses inconvénients. L'aluminium est léger et plus usinable, mais sa résistance est faible et son coût élevé.

Acier et titane dans l'usinage

Comparé à l'acier, le titane présente une très bonne résistance spécifique et une excellente résistance à la corrosion. Il est également biocompatible, contrairement à l'acier.

Acier et fonte dans l'usinage

La fonte est moins chère que l'acier. Sa dureté est élevée, mais sa ténacité est faible. Elle peut nécessiter des traitements thermiques supplémentaires après usinage.

Acier contre alliages de laiton et de cuivre

Les alliages de cuivre sont très coûteux par rapport à l'acier. Ils sont souvent privilégiés en raison de leur conductivité élevée (électrique et thermique) et de leurs meilleurs états de surface.

Applications industrielles des composants en acier usinés

L'usinage est une technique de mise en forme très importante. De nombreux composants utilisés dans des secteurs industriels comme l'automobile, l'aéronautique et la fabrication de machines sont fabriqués par usinage. Vous trouverez ci-dessous les tableaux récapitulant les composants fabriqués à partir des nuances d'acier appropriées pour différentes applications :

Secteur automobile

Industrie aérospaciale

Machines et équipements industriels

Conclusion

L'usinage est une technique essentielle pour la fabrication de précision. Différents alliages donnent des résultats différents. Le choix de la nuance d'acier appropriée dépend de facteurs tels que le coût, la disponibilité, la soudabilité, la dureté, la ténacité, la résistance mécanique, la résistance à la corrosion, la conductivité, etc. Chaque alliage possède ses propres paramètres d'usinabilité. Des procédures spécifiques pour améliorer l'usinabilité, la dureté et l'état de surface peuvent être nécessaires pour certains alliages.

QFP

Peut-on usiner l’acier inoxydable aussi facilement que l’acier au carbone ?

Les nuances d'acier inoxydable sont généralement moins usinables que les nuances d'acier au carbone ordinaire. Cependant, l'acier inoxydable ne présente généralement pas de calamine, ce qui rend l'usinage plus uniforme et prévisible.

Quel est l’acier le plus facile à souder et à usiner ?

La norme SAE 1018 est considérée comme le meilleur compromis entre usinabilité et soudabilité.

Quel type d’acier est le moins cher ?

Les aciers au carbone ordinaires sont généralement moins chers que les aciers alliés.