UGI® 4545 AIR : Acier inoxydable aéronautique haute résistance et résistant à la fatigue

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L'UGI® 15-5 PH AIR offre une bonne résistance à la corrosion, parfois similaire à celle des aciers austénitiques type 18 Cr-8 Ni dans certains cas.

Corrosion par piqûres : L'UGI® 15-5 PH AIR est beaucoup plus résistant à la corrosion par piqûres que les aciers inoxydables martensitiques classiques à 12 % Cr. Le niveau de potentiel de piqûre est comparable au super-martensitique 1.4418 et à l'austénitique 1.4301 (AISI 304).

Corrosion intergranulaire : La faible teneur en carbone de cet acier (partiellement lié au Nb) le rend insensible à la corrosion intergranulaire lorsqu'il est correctement traité thermiquement selon les recommandations précédentes.

Autres mécanismes de corrosion : L'UGI® 15-5 PH AIR résiste à la corrosion-fatigue ainsi qu'à la corrosion sous contrainte dans certains environnements et conditions définies. Une bonne résistance à la corrosion-érosion doit également être notée grâce à l'association de propriétés mécaniques de haut niveau et de résistance à la corrosion.

En raison de sa faible teneur en soufre et de sa très bonne propreté microscopique, l'UGI® 15-5 PH AIR a une mauvaise cassabilité des copeaux qui peut induire des difficultés lors de l'usinage, notamment en perçage ou en tournage de finition. Si possible, la plupart des opérations d'usinage pour obtenir les pièces finales doivent être effectuées dans l'état A (recuit de solution) afin d'éviter des usures d'outils trop importantes. L'usinage après un traitement de « durcissement par précipitation » n'est pas recommandé car plus les caractéristiques mécaniques des barres d'UGI® 15-5 PH AIR à usiner sont élevées, plus les usures d'outils sont importantes (et donc plus la productivité d'usinage est faible). En état A, des essais de tournage brut (ap = 1,5 mm ; f = 0,25 mm/tr) effectués sur barres étirées ont montré que la vitesse de coupe pour obtenir une usure de flanc de 0,15 mm en 15 min de coupe effective avec un outil STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 est d'environ 145 m/min, alors que celle d'un UGIMA® 4542 (17-4 PH à usinabilité améliorée) est d'environ 160 m/min. Selon l'opération d'usinage, la productivité de l'UGI® 15-5 PH AIR est trouvée 10 à 30 % inférieure à celle de l'UGIMA® 4542.

Les traitements thermiques effectués sur l'UGI® 15-5PH AIR sont composés de deux étapes :

• L'austénitisation, dont le but est de mettre les éléments d'alliage, notamment le Cu, en solution sur-saturée dans la martensite.
• Le vieillissement, dont le but est de faire précipiter le Cu (durcissement par précipitation) et, dans certains cas, de former de l'austénite revenue pour augmenter la ténacité. Les propriétés mécaniques, compromis entre résistance et ténacité, sont ajustées par la température de vieillissement.

Austénitisation : Le recuit de solution est effectué autour de 1030–1050 °C, et est interrompu par trempe à l'huile ou, alternativement, par refroidissement à l'air pour les pièces de petite section. Dans cette condition (appelée condition A), la dureté est intermédiaire car le durcissement par précipitation du Cu n'est pas efficace. Donc, la condition A est souvent choisie pour effectuer des opérations d'usinage ou de formage à froid. Dans ce cas, nous recommandons d'effectuer un traitement de détente à 300 °C pendant 1 heure après l'austénitisation, afin de stabiliser le matériau et d'éviter les problèmes de fissuration de trempe.

Vieillissement : Les traitements de vieillissement sont effectués après le traitement de solution pour faire précipiter les phases riches en Cu et ajuster les propriétés mécaniques. Après vieillissement, le matériau est dans l'état solutionné et vieilli, aussi appelé condition H. Les traitements de vieillissement peuvent être effectués entre 480 °C (condition H900) et 620 °C (condition H1150). La condition H900 correspond au pic de durcissement, pour lequel les précipités de Cu induisent une dureté maximale. Pour des températures plus élevées, la dureté/résistance diminue quand la température de vieillissement augmente, en raison de la croissance des précipités. Au-delà de 580 °C, de l'austénite revenue se forme pendant le vieillissement, ce qui entraîne une augmentation de la ténacité mais une chute de la résistance. La condition H1025 est souvent choisie par les clients car elle conduit à un compromis optimal entre résistance et ténacité.

Adoucissement : La résistance ou dureté la plus faible est obtenue après le cycle thermique H1150M, consistant en un recuit de solution suivi d'un revenu à 760 °C pendant 2 heures et un vieillissement à 620 °C pendant 4 heures. Après ce cycle de traitement thermique, les propriétés mécaniques sont Rm = 780 MPa, Rp0,2 = 710 MPa, HRC < 32, ce qui est significativement inférieur à la condition A.

L'UGI® 15-5 PH AIR est apte au forgeage. Le réchauffage doit être effectué à une température entre 1150 et 1200 °C, le forgeage entre 1200 °C et 950 °C. Le refroidissement après forgeage doit être effectué à l'air ou à l'huile. Les pièces ainsi obtenues doivent être traitées thermiquement (recuit de solution et vieillissement éventuel, voir section précédente).

Contrôle par magnétoscopie et macrostructure

L'UGI® 15-5 PH AIR est conforme à l'AMS 2300 : Indice de fréquence/sévérité 0/0.

La macrostructure de l'UGI® 15-5PH AIR est conforme à l'AMS 5659 : les classes 1 à 4 sont généralement cotées sévérité A selon ASTM A604.

Produits disponibles :

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Procédure de décapage : L'UGI® 15-5 PH AIR est décapé de la même manière que l'acier de grade 630.

Si nécessaire, le traitement de décontamination suivant est recommandé, pour éliminer les particules de fer par exemple :

• 1/4 volume d'acide nitrique à 52 % (36° Baumé)
• 3/4 volume d'eau
• Température ambiante
• Durée adaptée
• Laver soigneusement à la fin du processus

N.B. : La résistance à la corrosion d'un acier inoxydable dépend de nombreux facteurs liés à la composition de l'atmosphère corrosive (concentration en chlorures, présence ou absence d'agents oxydants, température, pH, agitation ou non, etc.), ainsi qu'à la préparation du matériau (surfaces exemptes de particules métalliques, état de surface, tel que durcissement, polissage, etc.). Des mesures de précaution doivent être prises pour certains essais comme le test au brouillard salin (norme ISO 9227) : par exemple, les étiquettes de marquage (qui pourraient causer des coulées de corrosion et réduire le temps de résistance à l'essai) ne doivent pas être utilisées sur l'éprouvette.

L'UGI® 15-5 PH AIR peut être soudé sans préchauffage, en utilisant la plupart des techniques de soudage : GMAW ou GTAW (avec ou sans fil d'apport), LASER, résistance ou faisceau d'électrons, etc. Si les caractéristiques mécaniques de la zone de soudure doivent être au même niveau que celles du métal de base, aucun métal d'apport ou un métal d'apport homogène (tel que AWS E/ER 630) doit être utilisé et un traitement thermique post-soudage de durcissement par précipitation (voir les différents traitements PH page 4) doit être effectué sur la soudure. Si les caractéristiques mécaniques de la zone de soudure n'ont pas à être au même niveau que celles du métal de base, un métal d'apport tel que ER308LSi (19 9 L Si) peut être utilisé.

Si aucun traitement de durcissement par précipitation n'est fait après soudage, un traitement de détente à 250/300 °C pourrait être utile pour augmenter la ténacité de la ZAT et éviter tout risque de fissuration à froid due à leurs microstructures martensitiques en l'état soudé. En outre, il doit être rappelé que la conception du soudage doit tenir compte du soin requis pour tous les aciers à haute limite d'élasticité : éviter les encoches et les changements brusques de section. Pour le GMAW, nous recommandons l'utilisation d'un gaz de protection composé d'Ar + 1 % CO₂ ou 1–2 % O₂ ; pour le GMAW comme pour le GTAW, les gaz contenant H₂ et N₂ doivent être évités.