DIN 1652-3 Nuance 16MnCr5 : Acier Traitement Ferrite-Perlite et Étiré à Froid pour Composants Automobiles Haute Résistance

L'acier 16MnCr5 (numéro de matériau 1.7131) est un acier de cémentation au chrome-manganèse conforme à la norme DIN 1652-3. Il est largement utilisé pour des pièces de plus grande taille nécessitant une résistance à cœur plus élevée et une bonne ténacité dans l'automobile et la construction mécanique : engrenages, arbres, pièces de direction. Sa limite d'utilisation en température basse est de -25 °C, et la taille nominale optimale pour la cémentation est jusqu'à 50 mm de diamètre.

Propriétés générales

Propriété	Température	Valeur
Densité	20 °C	7,85 g/cm³

Propriétés mécaniques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Module d'élasticité (E)	-100 °C	217 GPa
	20 °C	212 GPa
	100 °C	207 GPa
	200 °C	199 GPa
	300 °C	192 GPa
	400 °C	184 GPa
	500 °C	175 GPa
	600 °C	164 GPa
Dureté Brinell	20 °C	140 - 287 HB	État livré : traité ferrite-perlite + étiré à froid (gamme large selon section)
Coefficient de Poisson	20 °C	0,28

Propriétés thermiques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Coefficient de dilatation thermique	-100 °C	10,5 × 10⁻⁶ K⁻¹
	20 °C	11,5 × 10⁻⁶ K⁻¹
	100 °C	12,1 × 10⁻⁶ K⁻¹
	200 °C	12,7 × 10⁻⁶ K⁻¹
	300 °C	13,2 × 10⁻⁶ K⁻¹
	400 °C	13,6 × 10⁻⁶ K⁻¹
	500 °C	14,0 × 10⁻⁶ K⁻¹
	600 °C	14,4 × 10⁻⁶ K⁻¹
Température max. de service (long terme)	-	-25 à 0 °C	Limité par la ténacité à basse température
Point de fusion	-	1382 - 1529 °C	Typique pour acier au chrome
Capacité thermique massique	-100 °C	423 J/(kg·K)
	20 °C	461 J/(kg·K)
	100 °C	479 J/(kg·K)
	200 °C	499 J/(kg·K)
	300 °C	517 J/(kg·K)
	400 °C	536 J/(kg·K)
	500 °C	558 J/(kg·K)
	600 °C	587 J/(kg·K)
Conductivité thermique	20 °C	45,9 W/(m·K)
	100 °C	46,4 W/(m·K)
	200 °C	45,6 W/(m·K)
	300 °C	43,5 W/(m·K)
	400 °C	40,9 W/(m·K)
	500 °C	38,2 W/(m·K)
	600 °C	35,5 W/(m·K)
Diffusivité thermique	20 °C	12,7 mm²/s
	100 °C	12,0 mm²/s
	200 °C	11,0 mm²/s
	300 °C	9,9 mm²/s
	400 °C	8,7 mm²/s
	500 °C	7,3 mm²/s
	600 °C	6,0 mm²/s

Propriétés électriques

Propriété	Température	Valeur
Résistivité électrique	20 °C	2,27 × 10⁻⁷ Ω·m
	100 °C	2,76 × 10⁻⁷ Ω·m
	200 °C	3,46 × 10⁻⁷ Ω·m
	300 °C	4,31 × 10⁻⁷ Ω·m
	400 °C	5,32 × 10⁻⁷ Ω·m
	500 °C	6,48 × 10⁻⁷ Ω·m
	600 °C	7,81 × 10⁻⁷ Ω·m

Composition chimique (en % masse)

Élément	Teneur
Carbone (C)	0,14 - 0,19
Chrome (Cr)	0,80 - 1,10
Manganèse (Mn)	1,00 - 1,30
Phosphore (P)	≤ 0,040
Silicium (Si)	≤ 0,40
Soufre (S)	≤ 0,035

Traitements thermiques et état de livraison

L'acier est livré dans l'état étiré à froid et traité ferrite-perlite (recuit isotherme, symbole +FP). Ce traitement produit une structure ferritique-perlitique fine et homogène, offrant une bonne usinabilité et une ténacité élevée. La gamme de dureté Brinell (140-287 HB) reflète l'effet de la section et du degré d'écrouissage par étirage.

Traitements thermiques ultérieurs recommandés

• Cémentation : 880 - 920 °C (gaz, sel ou plasma), trempe à l'huile/polymère depuis 780 - 820 °C, revenu 150 - 200 °C. Dureté de surface visée : 58 - 62 HRC.
• Recuit de ramollissement : 680 - 720 °C, refroidissement lent au four (pour usinage intensif avant cémentation).
• Normalisation : 870 - 910 °C, air (affinage du grain avant cémentation).
• Traitement de trempe-revenu (sans cémentation) : Trempe 850 - 880 °C/huile, revenu 540 - 680 °C pour résistance à cœur ~800-1000 MPa.

Applications typiques

• Engrenages, pignons, arbres de transmission pour boîtes de vitesses
• Pièces de direction : secteurs, vis sans fin, rotules, axes
• Arbres à cames, vilebrequins, bielles
• Roulements à rouleaux, bagues, goujons de roue
• Pièces mécaniques de section ≤ 50 mm nécessitant bonne résistance à cœur et ténacité

Normes équivalentes et grades proches

Norme	Désignation
EN 10084	16MnCr5 (1.7131)
DIN 17210	16MnCr5
AISI/SAE	5115 / 5117 (proches)
JIS	SCr 415 / SCr 420 (proches)
BS	527M17 / 590M17 (proches)
AFNOR	16 MC 5

Avantages clés du 16MnCr5

• Excellent rapport coût/performance pour pièces cémentées de moyenne/grande série
• Bonne aptitude à la cémentation (Cr + Mn favorisent la pénétration du carbone)
• Résistance à cœur supérieure aux aciers au carbone simples
• Bonne tenue en fatigue de contact (pitting) après cémentation
• Disponible en barres étirées, pelées, tournées, avec tolérances serrées (h9, h10, h11)