Acier ASTM A27 : Choisir le grade idéal pour votre coulée

Comprendre l'influence de la composition chimique et du traitement thermique post-soudage

La spécification matériau d'une coulée doit être identifiée avant de passer commande en fonderie. Cela garantit que la pièce aura les qualités nécessaires pour une performance et une durabilité optimales. Les commandes en fonderie sont généralement faites selon les spécifications ASTM — un système de classification des aciers et autres matériaux basé sur les propriétés mécaniques, l'analyse chimique et l'usage prévu. ASTM International, anciennement American Society for Testing and Materials, est un organisme de normalisation reconnu mondialement.

Qu'est-ce que l'ASTM A27 ?

Selon les propriétés mécaniques et chimiques requises, l'acier (Fe) contient des quantités variables d'éléments d'alliage en plus du carbone (C). L'ASTM A27 est une spécification pour les coulées en acier au carbone pour applications générales. Souvent appelé acier doux ou acier au carbone ordinaire, l'équilibre coût/résistance de cette forme courante d'acier moulé le rend souhaitable pour une large gamme d'utilisations.

L'ASTM A27 propose plusieurs grades et deux classes de coulées en acier, spécifiables selon les exigences chimiques et de résistance du projet. Elle inclut aussi des exigences supplémentaires pour des inspections particulières. La norme couvre les coulées en acier au carbone pour applications nécessitant jusqu'à 485 MPa (70 ksi) de résistance à la traction minimale.

Plusieurs grades d'acier et deux classes sont couverts par l'ASTM A27. Chaque grade varie selon la composition chimique et le type de traitement thermique nécessaire pour modifier les propriétés mécaniques.

Des essais supplémentaires peuvent être appliqués quand des tests au-delà des analyses chimiques et de traction sont requis. Ils obligent le producteur à réaliser une sélection de tests additionnels.

ESSAIS SUPPLÉMENTAIRES

Inspection de surface

Contrôle interne de solidité

Essai de résistance

Inspecter les fissures ou discontinuités de coulée en observant textures et déformations de surface.

Inspecter les vides internes pour s'assurer que l'acier n'a pas de fissures, cavités de retrait ou autres défauts.

Vérifier la transition ductile-fragile dépendante de la température.

Ex. : Examen par particules magnétiques

Ex. : Examen radiographique

Ex. : Essai de résilience Charpy

Effets du traitement thermique

Le traitement thermique modifie, répare ou améliore les propriétés physiques du métal. En fonderie, il consiste à chauffer et refroidir dans des fours, souvent à des températures extrêmes. Cela réduit les contraintes dans la pièce, homogénéise ses propriétés et modifie celles du métal. Le traitement comprend le revenu complet, la normalisation, le trempe et le revenu — ou la trempe et le revenu. Il doit être effectué après refroidissement complet des pièces.

Pour le choix des grades et classes, le traitement thermique est crucial. Toutes les coulées, sauf grades N-1 et U-60-30, doivent être traitées thermiquement. La classe d'acier dépend largement du besoin de traitement thermique post-soudage.

Sélection d'un grade d'acier

Choisissez un grade qui répond aux exigences réelles, pas à des conditions jamais attendues. Les grades supérieurs et tests additionnels augmentent les coûts. Des tests superflus ou critères d'acceptation au-delà du nécessaire ajoutent des dépenses sans améliorer la fonctionnalité. L'étendue des tests et les critères doivent suivre les exigences de conception et de service.

GRADES D'ACIER

Grade N-1 : Analyse chimique seulement

Grade N-2 : Traité thermiquement mais non testé mécaniquement

Grade U-60-30 : Testé mécaniquement mais non traité thermiquement

Grades 60-30, 65-35, 70-36 et 70-40 : Traités thermiquement mais non testés mécaniquement

Sélection d'une classe d'acier

Après le grade, choisissez la classe. Deux classes distinctes selon le besoin de traitement thermique :

• Classe 1 : Traitement thermique post-soudage requis
  

  La fonderie doit traiter ou retraiter thermiquement la pièce si une soudure est effectuée.

• Classe 2 : Traitement thermique post-soudage non requis
  

  La fonderie peut effectuer certaines soudures sans nécessiter de traitement ou retraitement thermique. C'est le cas pour de très petites soudures cosmétiques.

Si les soudures nécessitent un traitement thermique, spécifiez la Classe 1 avec le grade. Sinon, spécifiez la Classe 2 avec le grade.

Essais de résistance ASTM A27

Les essais de résistance sont généralement effectués sur des éprouvettes représentatives (provenant de barres d'essai) plutôt que sur des sections de pièces réelles. Ces éprouvettes ont la même composition que la coulée car elles sont coulées et traitées simultanément. Les résultats montrent la qualité de l'acier, mais pas nécessairement les propriétés de la pièce réelle. Lors du traitement thermique, les conditions de solidification et le taux de refroidissement sont affectés par la taille, la forme et l'épaisseur de la pièce.

Les spécifications d'acier font généralement référence à la résistance à la traction et à la limite d'élasticité. L'acier A27, sauf grades N-1 et N-2, doit subir un essai de traction et satisfaire aux exigences mécaniques suivantes :

Résistance à la traction (Rm)

La contrainte maximale qu'un matériau peut supporter en traction avant rupture.

Limite d'élasticité (Re)

La contrainte qu'un matériau peut supporter avant de se déformer plastiquement.

Allongement (%)

Pourcentage d'allongement initial d'un éprouillon avant rupture.

Réduction de section (%)

Différence entre la section initiale d'un éprouillon et la section minimale après rupture (exprimée en pourcentage de la section initiale).

Essais de résistance vs essais de dureté

La résistance à la traction n'est pas la dureté. La traction mesure la résistance à la rupture sous tension. Elle peut être testée sur éprouvettes pour vérifier les propriétés : résistance, limite d'élasticité, allongement.

La dureté mesure la résistance à la déformation. Pour les aciers non austénitiques, il existe une relation fonctionnelle constante entre dureté et résistance à la traction ; mesurer la dureté peut donc indiquer les limites de traction. En fonderie, les essais de dureté offrent une méthode bon marché, facile et systématique pour vérifier les propriétés physiques sans essais de traction uniques. Bien qu'ils ne donnent pas de mesure exacte, ils sont relativement précis pour les aciers homogènes. La dureté et sa conversion fournissent ainsi une méthode rapide et économique pour confirmer les hypothèses sur les propriétés physiques.