UGIMA® 4511 Recuit : Usinabilité Améliorée et Résistance à la Corrosion

Présentation de l'UGIMA® 4511

L'UGIMA® 4511 est un acier inoxydable ferritique stabilisé au niobium, contenant 16 à 17 % de chrome, qui offre une usinabilité optimisée. Au-delà de sa bonne résistance à la corrosion, ce grade se distingue par son aptitude exceptionnelle aux différentes méthodes de mise en œuvre : usinage, emboutissage à froid et soudage.

Avantages Clés de la Version UGIMA®

• Productivité accrue en décolletage : L'UGIMA® 4511 permet d'atteindre une productivité significativement supérieure à celle d'un 4511 standard, tout en assurant une excellente cassabilité des copeaux.
• Stabilisation au niobium : Elle élimine le risque de sensibilisation (précipitation de carbures de chrome) lors du soudage.
• Propriétés d'emboutissage à froid excellentes : Adapté aux opérations de frappe à froid et de formage.

Pour certaines applications, ce grade constitue une alternative économique au 1.4307 (304L). Sa structure ferritique garantit d'excellentes propriétés ferromagnétiques, une bonne résistance à l'oxydation (notamment aux cycles thermiques) et un coefficient de dilatation thermique proche de celui de l'acier au carbone.

Microstructure et Traitement Magnétique

L'UGIMA® 4511 présente une structure entièrement ferritique à la livraison. Les précipités principaux sont des carbonitrures de niobium et des sulfures de manganèse. C'est un matériau ferromagnétique « doux » (attiré par un aimant). Un recuit magnétique permet d'optimiser ses propriétés magnétiques pour obtenir une perméabilité relative élevée et des champs coercitifs faibles. Ce traitement peut être réalisé sur barres (par Ugitech) ou sur pièces usinées.

Propriétés

Générales

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		20 %	min.
Dureté Brinell		200,0	max.
Résistance à la traction		420,0 - 620,0 MPa

Thermiques

Propriété	Valeur	Commentaire
Coefficient de dilatation thermique	10,0 × 10⁻⁶ 1/K	20 à 100°C, 20 à 200°C
	10,5 × 10⁻⁶ 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	6 × 10⁻⁷ Ω·m

Composition Chimique (en % masse)

Élément	Valeur	Commentaire
Carbone	0,03	max.
Chrome	16,0 - 18,0
Manganèse	1,0	max.
Niobium	0,60	max., min : 12×C
Azote	0,03	max.
Phosphore	0,04	max.
Silicium	1,0	max.
Soufre	0,03	max.

Propriétés Technologiques

Domaines d'Application

• Énergie, procédés (électrovannes)
• Automobile : capteurs, injection, électrovannes, supports de soupapes
• Agroalimentaire
• Cosmétique

Limitations d'usage : applications cryogéniques (tenacité insuffisante), applications nécessitant des propriétés non magnétiques, propriétés mécaniques élevées par traitement thermique.

Formage à Froid

L'UGIMA® 4511 se travaille aisément par les procédés conventionnels de formage à froid : étirage,estampage, formage, frappe à froid, etc. Grâce à son écrouissage modéré, il limite les contraintes sur les outillages et réduit leur usure lors du travail à froid.

Propriétés de Corrosion

Corrosion par piqûres : Évaluée par le potentiel de piqûre (plus il est élevé en mV, meilleure est la résistance). Testé en eau potable municipale légèrement chlorée (0,02 mol/l NaCl, pH neutre, 23 °C) sur échantillons décolletés en direction transversale :

Nuance	Potentiel de piqûre (mV/SCE)	Écart-type
UGIMA® 4511	358	18
UGI 4511	366	15
UGI 4016L	361	40

Corrosion intergranulaire : Comme l'UGI 4511, l'UGIMA® 4511 résiste à la corrosion intergranulaire après soudage ou après traitement thermique de sensibilisation, conformément aux exigences des normes (essai selon ASTM A262-75 Pratique E ; DIN EN ISO 3651-2).

Usinabilité Générale

Comparé à un 1.4511 standard, l'UGIMA® 4511 offre des gains de productivité significatifs en décolletage, grâce à une usure d'outil plus lente et surtout une meilleure cassabilité des copeaux dans les mêmes conditions de coupe.

Des essais ont été réalisés sur un tour automatique TORNOS SIGMA 32 pour comparer l'UGIMA® 4511 à un 1.4511 standard. Pour chaque nuance, on définit les conditions de coupe optimales pour produire 1000 pièces sans changer d'outil.

Tournage (ébauche et finition)

Opération	Outil	1.4511 Standard	UGIMA® 4511
Tournage ébauche (ap = 2 mm ; f = 0,30 mm/tr)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 280 m/min	Vc = 300 m/min
Tournage finition (1) (ap = 0,5 mm ; f = 0,10 mm/tr)	SECO TM2000 CCMT09T304-F1	Vc = 240 m/min	Vc = 250 m/min
Tournage VB15/0,15 (2) (ap = 1,5 mm ; f = 0,25 mm/tr)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc < 200 m/min	Vc = 205 m/min

(1) Conditions assurant une rugosité < 1,6 µm sur 1000 pièces, grâce à l'usure limitée de l'outil.
(2) VB15/0,15 : vitesse de coupe pour laquelle une usure de flan de 0,15 mm est constatée en 15 min d'usinage effectif.

Sur les trois opérations de tournage, pour une usure d'outil équivalente, un gain de productivité potentiel de 5 à 10 % a été enregistré avec l'UGIMA® 4511 par rapport au 1.4511 standard.

De plus, une amélioration spectaculaire de la cassabilité des copeaux a été observée, prévenant les risques de formation de « pelotes » de copeaux emmêlés, fréquentes sur le 1.4511 standard, qui obligent à des arrêts de production pour évacuation manuelle.

Perçage Axial et Tronçonnage

Opération	Outil	1.4511 Standard	UGIMA® 4511
Perçage axial	GÜHRING RT100F 6 mm – DK460UF	Vc = 80 m/min f = 0,125 mm/tr	Vc = 100 m/min f = 0,125 mm/tr
	ISCAR IC908 9,9 mm – ICM099	Vc = 80 m/min f = 0,10 mm/tr	Vc = 100 m/min f = 0,10 mm/tr
Tronçonnage *	ISCAR IC830 DGN3102JT	Vc = 250 m/min f = 0,15 mm/tr	Vc = 250 m/min f = 0,15 mm/tr

* Conditions limites de la machine (puissance broche) → ne permet pas de différencier les deux nuances.

Pour le perçage axial avec deux forets différents (carbure monobloc GÜHRING et foret à plaquette ISCAR), l'UGIMA® 4511 permet d'augmenter la productivité d'environ 25 %. Cette différence s'explique par des copeaux plus courts, plus facilement évacués, évitant la rupture du foret par blocage de la rotation.

Pour le tronçonnage, les conditions de coupe atteintes sont si élevées que la limite de capacité du tour SIGMA 32 est atteinte, ne permettant pas de quantifier la différence. Ces conditions très élevées ne sont atteintes qu'en vitesse de coupe constante (et non en vitesse de rotation constante).

Traitement Thermique

Pour restaurer la ductilité après déformation à froid, l'UGIMA® 4511 peut être traité entre 750 et 850 °C suivi d'un refroidissement à l'air.

Formage à Chaud

L'UGIMA® 4511 possède une excellente aptitude au travail à chaud à toutes températures, grâce à sa structure entièrement ferritique. Il peut être forgé ou laminé 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	Rondes	Laminées écaillées	k13 – k12	Ø 22 à 71
		Tournées	10 + 11	Ø 22 à 70
		Rectifiées	7+8+9+options	Ø 2 à 70
		Étiées	9	Ø 2 à 30
		Noires	± 1% Ø	Ø 23 à 73
Blocs	Carrés			50 à 120

Autres options : nous consulter.

Soudage

Grâce à sa stabilisation au niobium, l'UGIMA® 4511 se soude comme un 1.4511 standard par la plupart des procédés d'arc (GMAW/GTAW, avec ou sans métal d'apport, SMAW, plasma, etc.), laser, résistance (point ou roulement), friction ou faisceau d'électrons.

Aucun traitement thermique ne doit être effectué avant ou après soudage pour éviter la croissance des grains ferritiques.

Si un métal d'apport est utilisé :

• Pour les soudures fines : un métal d'apport homogène (ferritique stabilisé) type Exhaust F1 (18LNb) est privilégié pour garantir une structure 100 % ferritique homogène dans la zone fondue (ZF) et la zone affectée thermiquement (ZAT).
• Pour les soudures épaisses (≥ 3 mm) : un métal d'apport austénitique type ER308L(Si) (1.4316) est préférable pour éviter le risque de fragilisation de la zone fondue par croissance excessive des grains.

En GMAW comme en GTAW, le gaz de protection ne doit pas contenir d'hydrogène ni d'azote. En GMAW : Ar (+ éventuellement He) + 1 à 3 % O₂ ou CO₂. En GTAW : Ar (+ éventuellement He).