UGIMA® 4509 Tréfilé écroui – Acier inoxydable ferritique à usinabilité et résistance à la corrosion améliorées

L'UGIMA® 4509 est un acier inoxydable ferritique à usinabilité améliorée, contenant environ 18 % de chrome et stabilisé au niobium et au titane.

Outre une bonne résistance à la corrosion, cette nuance se caractérise par son aptitude élevée à différents modes de mise en œuvre : usinage, emboutissage à froid et soudage. Cette version UGIMA® du 4509 permet d'atteindre une productivité d'usinage significativement supérieure à celle d'un 4509 standard, grâce à une usure d'outil plus lente et une meilleure cassabilité des copeaux. La stabilisation au niobium élimine le risque de sensibilisation lors du soudage et le titane limite la taille de grain en zones soudées.

Elle possède d'excellentes propriétés d'emboutissage à froid.

Pour certaines applications, elle constitue un remplacement économique de certaines nuances austénitiques comme 1.4307 ou 1.4305. Sa structure ferritique assure d'excellentes propriétés ferromagnétiques, une bonne résistance à l'oxydation (notamment aux cycles thermiques) et un coefficient de dilatation similaire à celui de l'acier au carbone.

La structure de l'UGIMA® 4509 est entièrement ferritique en état livré. Les principaux précipités sont des carbonitrures de Nb, nitrures de Ti et sulfures ou carbosulfures de Ti.

Propriétés

Général

Propriété	Valeur
Densité	7,7 g/cm³

Mécaniques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Module d'élasticité	20 °C	220 GPa
	100 °C	215 GPa
	200 °C	210 GPa
	300 °C	205 GPa
	400 °C	195 GPa
Allongement		8,0 - 15,0 %	min., selon dimension
Résistance à la traction		400,0 - 750,0 MPa	min., selon dimension

Thermiques

Propriété	Valeur	Commentaire
Coefficient de dilatation thermique	0,000010 1/K	20 à 100 °C, 20 à 200 °C
	0,0000105 1/K	20 à 300 °C, 20 à 400 °C
Capacité thermique massique	460 J/(kg·K)
Conductivité thermique	25 W/(m·K)

Électriques

Propriété	Valeur
Résistivité électrique	6e-07 Ω·m

Chimiques

Élément	Valeur	Commentaire
Carbone	0,03	max.
Chrome	17,5 - 18,5 %
Manganèse	1,0	max.
Niobium	0,70	max., min : 0,30+(3xC)
Azote	0,03	max.
Phosphore	0,03	max.
Silicium	1,0	max.
Soufre	0,015	max.
Titane	0,1 - 0,30 %

Propriétés technologiques

Domaines d'application

• Énergie, process (électrovannes)
• Automobile : support sonde lambda, injection, électrovannes, applications magnétiques (solénoïdes)

Limitations d'utilisation : applications cryogéniques (résilience insuffisante), applications nécessitant des propriétés non magnétiques.

Formage à froid

L'UGIMA® 4509 peut être facilement utilisé pour les procédés conventionnels de travail à froid : tréfilage, formage, emboutissage, etc. Comme il est modérément écroui, les efforts sur les outils sont moindres.

Propriétés de corrosion

Corrosion par piqûres : Nous avons évalué ce type de corrosion en testant le potentiel de piqûre : plus sa valeur en mV/SCE est élevée, plus la résistance à la corrosion par piqûres est grande ; un environnement à pH neutre, faiblement chloruré (0,02 mol/l de chlorure de sodium) d'eau potable municipale a été choisi (à 23 °C). Le tableau ci-dessous donne les valeurs de potentiel de piqûre mesurées sur éprouvettes prélevées sur barres tournées en direction transversale :

Le comportement en corrosion par piqûres de l'UGIMA® 4509 est donc similaire à celui de l'UGI 4509.

Nuance	Potentiel de piqûre (mV/SCE)	Écart type
UGI 4509	484	3
UGIMA® 4509	447	8
UGIMA® 4511	360	20

Essai brouillard salin neutre selon ISO 9227 : Bien que sur aciers inoxydables cet essai dépende grandement de l'état de surface testé (présence de rayures, etc.), il a été réalisé sur barres de 15 mm de diamètre dans le sens longitudinal, après polissage mécanique papier SiC 1200. Après 500 heures d'essai sur les deux nuances UGIMA® 4509 et UGI 4509, 90 % de leurs surfaces étaient exemptes de piqûres de corrosion. À ce titre aussi, la résistance au brouillard salin de l'UGIMA® 4509 est identique à celle de l'UGI 4509.

Résistance à l'oxydation à haute température : Un essai d'oxydation cyclique a été effectué dans l'air à 900 °C maintenu 20 minutes, suivi d'un refroidissement air pour 300 cycles ; le tableau ci-dessous montre que les épaisseurs de couches d'oxydes formées (fines et adhérentes) sont similaires pour les deux nuances UGIMA® 4509 et UGI 4509.

Nuance	Épaisseur couches d'oxydes en mg/cm² après 300 x 20 min à 900 °C
UGI® 4509	1,9
UGIMA® 4509	1,7
UGIMA® 4511	1,2

Usinabilité générale

Comparé à un 1.4509 standard, l'UGIMA® 4509 apporte des gains de productivité significatifs en usinage, grâce à une usure d'outil plus lente et, surtout, une meilleure cassabilité des copeaux pour les mêmes conditions de coupe.

Tournage : Des essais VB15/0,15 standards ont été réalisés à sec sur un tour à commande numérique et les zones de cassabilité des copeaux (CBZ) ont été déterminées. Pour une usure d'outil équivalente, ils ont révélé (voir tableau ci-dessous) un gain potentiel de productivité d'environ 6 % avec l'UGIMA® 4509 par rapport à un 1.4509 standard, ainsi qu'une cassabilité des copeaux améliorée, réduisant le risque d'arrêt machine (pour retirer les pelotes de copeaux qui pourraient se former et casser les outils ou rayer les pièces usinées).

Opérations	Outils	1.4509 standard	UGIMA® 4509
Tournage VB15/0,15 (1) (ap = 1,5 mm ; f = 0,25 mm/tr)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	Vc = 390 m/min	Vc = 415 m/min
Tournage CBZ (2) (Vc = 150 m/min)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	38 conditions de cassabilité correcte sur 56 testées	43 conditions de cassabilité correcte sur 56 testées

(1) VB15/0,15 : vitesse de coupe à laquelle 0,15 mm d'usure de flanc est notée en 15 minutes de coupe effective ; (2) CBZ : balayage en avance (0,1 à 0,4 mm/tr par pas de 0,05 mm/tr) et profondeur de passe (0,5 à 4 mm par pas de 0,5 mm) à vitesse de coupe constante, pour déterminer le nombre de conditions de cassabilité correcte sur 7 x 8 = 56 testées.

Décolletage : Des essais ont été réalisés sur un décolleteuse industrielle TORNOS SIGMA 32 pour comparer l'UGIMA® 4509 à un 1.4509 standard et quantifier les différences d'usinabilité. Pour chaque nuance, l'essai consistait à définir les conditions de coupe optimales pour différentes opérations afin de produire 1000 composants (voir diagramme page matière) sans changer d'outil.

Tournage (ébauche et finition) : Le tableau ci-dessous montre les conditions de coupe atteignables pour produire 1000 composants sans changer d'outil pour chaque nuance selon les opérations (ébauche et finition) et les outils utilisés. Les résultats d'un essai VB15/0,25 standard ont été ajoutés. Pour les trois opérations de tournage, des gains de productivité potentiels jusqu'à 30 % ont été révélés avec l'UGIMA® 4509 comparé à un 1.4509 standard.

Opérations	Outils	1.4509 standard	UGIMA® 4509
Tournage ébauche (ap = 2 mm ; f = 0,30 mm/tr)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 150(1) m/min	Vc = 195 m/min
Tournage finition (2) (ap = 0,5 mm ; f = 0,10 mm/tr)	SECO TM2000 CCMT09T304-F1	Vc = 275(3) m/min	Vc = 275(3) m/min
Tournage VB15/0,25 (4) (ap = 1,5 mm ; f = 0,25 mm/tr)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 220(5) m/min	Vc = 265 m/min

(1) pour f = 0,3 mm/tr, les copeaux du 1.4509 standard ne sont pas bien cassés, induisant beaucoup d'arrêts machine ; pour f = 0,35 mm/tr et Vc = 130 m/min, 1000 pièces sont obtenues en 1.4509 standard, leurs copeaux sont bien cassés mais la rugosité Ra des pièces dépasse la limite de 3,2 µm ; (2) conditions de coupe assurant une rugosité Ra < 1,6 µm sur les 1000 pièces usinées, grâce à une usure d'outil limitée ; (3) vitesse de coupe maximale de la TORNOS SIGMA 32, ne permettant pas de différencier les deux nuances ; (4) VB15/0,25 : vitesse de coupe à laquelle 0,25 mm d'usure de flanc est notée en 15 minutes de coupe effective ; (5) à ces conditions extrêmes pour le 1.4509 standard, mauvaise rugosité de surface due à une usure d'outil excessive.

Tronçonnage : Le tableau ci-dessous montre, pour une opération de tronçonnage, les conditions de coupe atteignables pour produire 1000 composants sans changer d'outil pour chaque nuance. En tronçonnage, une augmentation très importante de productivité (plus de 80 %) a été notée avec l'UGIMA® 4509 comparé à un 1.4509 standard.

Opérations	Outils	1.4509 standard	UGIMA® 4509
Tronçonnage	SANDVIK QD-NG-0300-0001-CF 1105	Vc = 100 m/min f = 0,07 mm/tr	Vc = 130 m/min f = 0,10 mm/tr

Traitement thermique

Adoucissement : Pour restaurer la ductilité après déformation à froid, l'UGIMA® 4509 peut être traité à une température entre 750 et 900 °C et refroidi à l'air.

Formage à chaud

L'UGIMA® 4509 a une excellente forgeabilité à toutes températures, du fait de sa structure entièrement ferritique. Il peut être formé à chaud par forgeage ou laminage entre 800 °C et 1150 °C. La température de chauffe ne doit pas dépasser 1150 °C pour éviter une croissance excessive des grains.

Produits disponibles

Produit	Forme	Finition	Tolérance	Dimension
Barres	Rond	Laminé décapé	k13 – k12	Ø 22 à 71
		Tourné	10 + 11	Ø 22 à 70
		Rectifié	7+8+9+options	Ø 2 à 70
		Tréfilé	9	Ø 2 à 30
		Noir	± 1% Ø	Ø 23 à 73

Autres produits : consulter le fournisseur.

Soudage

Grâce à sa bi-stabilisation niobium-titane, l'UGIMA® 4509 se soude de la même manière qu'un 1.4509 standard par la plupart des procédés à l'arc (MIG/TIG, avec ou sans métal d'apport, électrodes enrobées, plasma, etc.), laser, résistance (points ou rouleaux), friction, faisceau d'électrons, etc. Aucun traitement thermique ne doit être effectué avant ou après soudage afin d'éviter la croissance des grains ferritiques de la nuance.

Si un métal d'apport est utilisé, un métal d'apport homogène (ferritique stabilisé) tel que EXHAUST® F1 (18LNb) est préféré pour assurer que la zone de fusion (ZF) et la zone affectée thermiquement (ZAT) soient une structure 100 % ferritique homogène ; pour les soudures épaisses (≥ 3 mm), un métal d'apport austénitique tel que ER308L(Si) (1.4316) est préféré, afin d'éliminer le risque d'affaiblissement de la ZF par croissance excessive des grains. En MIG comme en TIG, le gaz de protection ne doit pas contenir d'hydrogène ni d'azote. En MIG, les soudures seront réalisées sous Ar (+ éventuellement He) + 1 à 3 % O₂ ou CO₂. En TIG, sous Ar (+ éventuellement He).