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UGI® 4545 AIR H1100

UGI® 15-5PH AIR ou UGI® 4545 AIR est un acier inoxydable martensitique PH (Precipitation Hardening) de qualité premium, principalement destiné à l'aéronautique. Il est utilisé pour les pièces nécessitant une combinaison de haute résistance et de haute ténacité. Cette nuance présente également une bonne résistance à la rupture par fatigue. Il s'agit d'un matériau refondu par électro-laitier (selon AMS 5659 type 2) utilisant la technologie la plus avancée dans ce domaine. Cette élaboration permet une bonne homogénéité et isotropie de la structure et des propriétés mécaniques élevées en direction longitudinale mais aussi transversale. (Ferromagnétique)


La microstructure observée en microscopie optique est composée de martensite homogène avec des précipités de car-bonitrure de niobium (particule blanche visible au MEB), et d'austénite retenue dont la fraction dépend de l'état métallurgique. La précipitation nanométrique de la phase riche en Cu peut être observée sous

TEM. UGI® 15-5PH AIR présente une fraction delta-ferrite inférieure à 1% (inférieure à UGI® 17-4PH AIR) selon AMS 2315, et une ancienne austénite de granulométrie plus fine ou égale à 6.

UGI® 15-5PH AIR est produit par le consommable ESR. Les inclusions restantes sont très petites et sont uniformément réparties dans la section. La micro-propreté suivante, selon ASTM E45/A est garantie :A,B,C,D (Thin) <1.5 - A,B,C,D (Heavy) <1

Propriétés

Général

Propriété Valeur

Densité

7,8 g/cm³

Mécanique

Propriété Température Valeur Commentaire

Module d'élasticité

20 °C

200 GPa

100 °C

195 GPa

200 °C

185 GPa

300 °C

170 GPa

300 °C

175 GPa

Allongement

14 %

min.

Dureté, Brinell

302.0 [-]

min.

Dureté, Rockwell C

31.0 [-]

min.

Réduction de surface

45,0 %

min.

Résistance à la traction

965 MPa

min.

Thermique

Propriété Valeur Commentaire

Coefficient de dilatation thermique

0.0000105 1/K

20 à 100°C

0.0000111 1/K

20 à 200°C

0.0000115 1/K

20 à 300°C

0.0000119 1/K

20 à 400°C

Capacité thermique spécifique

500 J/(kg·K)

Conductivité thermique

16 W/(m·K)

Électrique

Propriété Valeur

Résistivité électrique

7.1e-07Ω·m

Propriétés chimiques

Propriété Valeur Commentaire

Carbone

0.07

max.

Chrome

14,5 - 15,3 %

Cuivre

2,5 - 4,0 %

Manganèse

1.0

max.

Molybdène

0.5

max.

Nickel

4,5 - 5,5 %

Niobium

0,45

max., min :5xC

Phosphore

0,025

max.

Silicium

0.600000000000001

max.

Soufre

0,005

max.

Propriétés technologiques

Propriété
Domaines d'application

UGI®15-5 PH AIR convient pour

  • Aéronautique comme qualité d'avion premium
  • Fabrication de capteurs, par ex. capteurs de pression
  • Auxiliaires médicaux
  • Arbre, engrenage
  • Montage
  • Parties structurelles…

  • Propriétés de corrosion

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


    Environnement Comportement
    Acide nitrique Bon
    Acide phosphorique Utilisation restreinte
    Acide sulfurique Utilisation restreinte
    Acide acétique Moyenne
    carbonate de sodium Moyenne
    NaCl (test de brouillard) Bon
    Humidité Excellent
    Eau de mer Utilisation restreinte
    Pétrole/gaz Utilisation restreinte


    Corrosion par piqûres :UGI®15-5 PH AIR est beaucoup plus résistant à la corrosion par piqûres que l'inox martensitique 12% Cr classique. Le niveau de potentiel de piqûres est comparable au supermartensitique 1.4418 et au austénitique 1.4301 (AISI 304).


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


    Autres mécanismes de corrosion :UGI®15-5 PH AIR résiste à la fatigue-corrosion ainsi qu'à la corrosion sous contrainte dans certains environnements et conditions définies. De plus, une bonne résistance à la corrosion-érosion est à noter du fait de l'association de propriétés mécaniques de haut niveau et de résistance à la corrosion.

    Usinabilité générale

    Du fait de sa faible teneur en soufre et de sa très bonne micro-propreté, l'UGI®15-5 PH AIR présente une faible cassabilité des copeaux qui peut induire des difficultés lors de l'usinage, notamment en perçage ou en tournage finition. Si possible, la plupart des opérations d'usinage pour obtenir les pièces finales doivent être réalisées à l'état A (recuit de mise en solution) afin d'éviter des usures trop importantes de l'outil lors de l'usinage. L'usinage après un traitement thermique de « durcissement par précipitation » est déconseillé car plus les caractéristiques mécaniques des barres UGI®15-5 PH AIR à usiner sont élevées, plus l'usure de l'outil est importante (et donc plus la productivité d'usinage est faible). En condition A, des essais de dégrossissage (ap =1,5 mm; f =0,25 mm/tour) réalisés sur des barres étirées ont montré que la vitesse de coupe permet d'avoir une usure en dépouille de 0,15 mm en 15 min de coupe effective avec un CCGT STELLRAM SP4019 outil 09T308E-62 est de ~ 145 m/min alors que celui d'un UGIMA®4542 (17-4 PH à usinabilité améliorée) est de ~ 160 m/min. Selon l'opération d'usinage, la productivité d'usinage de l'UGI®15-5 PH AIR s'avère de 10 à 30% inférieure à celle de l'UGIMA® 4542.

    Traitement thermique

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

  • Austénitisation, dont le but est d'obtenir des éléments d'alliage, en particulier Cu, dans un site de martre sursaturé
  • Vieillissement, dont le but est de précipiter le Cu (durcissement par précipitation) et, dans certains cas, de former de l'austénite révertie pour augmenter la ténacité. Les propriétés mécaniques, compromis entre résistance et ténacité, sont ajustées par la température de vieillissement.


    Austénitisation :Le recuit de mise en solution s'effectue vers 1030-1050°C, et est interrompu par une trempe à l'huile ou alternativement par un 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. Ainsi, 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 austénitisation, afin de stabiliser le matériau et d'éviter les problèmes de quench-cracking.


    Vieillissement :Les traitements de vieillissement sont effectués après la mise en solution pour faire précipiter les phases riches en Cu et ajuster les propriétés mécaniques. Après vieillissement, le matériau se trouve à l'état de solution et de vieillissement, également appelé état 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 un maximum de dureté. Pour une température plus élevée, la dureté/résistance diminue lorsque la température de vieillissement augmente, en raison de la croissance des précipités. Au-delà de 580°C de l'austénite inversée se forme lors du vieillissement ce qui se traduit par une augmentation de la ténacité mais une baisse 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 plus faible résistance ou dureté est obtenue après le cycle thermique H1150M, consistant en une mise en solution suivie d'un revenu à 760°C pendant 2 heures et d'un vieillissement à 620°C pendant 4 heures. Après ce cycle de traitement thermique, les propriétés mécaniques sont UTS =780 MPa, YS =710 MPa, HRC <32 HRC, ce qui est significativement inférieur à la condition A.


    Cond A Recuit 1030/1050°C
    H900 1030/1050°C recuit Refroidissement à l'air ou à l'huile
    + durcissement
    1 h à 480°C/Refroidissement par air
    H925 1030/1050°C recuit Refroidissement à l'air ou à l'huile
    + durcissement
    4 h à 495°C/Refroidissement par air
    H1025 Recuit 1030/1050°C/ Refroidissement air ou huile
    + Revenu 4h à 550°C, Refroidissement par air
    H1075 Recuit 1030/1050°C/ Refroidissement air ou huile
    + Revenu 4h à 580°C, Refroidissement par air
    H1100 Recuit 1030/1050°C/ Refroidissement air ou huile
    + Revenu 4 h à 590°C, Refroidissement par air
    H1150 Recuit 1030/1050°C/ Refroidissement air ou huile
    + Revenu 4 h à 620°C, Refroidissement par air

  • Formage à chaud

    UGI®15-5 PH AIR est adapté au forgeage. Le réchauffage doit être effectué à une température comprise 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 subir un traitement thermique (recuit de mise en solution et éventuel vieillissement, voir section précédente)

    Autre

    Contrôle magnétoscopique et macrographie


    UGI®15-5 PH AIR est conforme à l'AMS 2300 :Classe 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 citées en sévérité A selon la norme ASTM A604.

    Produits disponibles :


    Produit Profil Finition de surface Tolérance Taille (mm)
    Bar Round Smooth Turned k12 - k13 22 - 115
    Épluché et poli h11 - h10 - h9 22 - 115
    h9 - h8 - h7 5 - 115
    Étiré à froid h9 5 - 21


    Autres produits :contacter le fournisseur

    Traitement de surface

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


    Si nécessaire, le processus de traitement de décontamination suivant est recommandé, pour déplacer des particules de fer par exemple :
  • 1/4 volume d'acide nitrique 52% (36° Baumé),
  • 3/4 volume d'eau
  • Température ambiante
  • La durée doit être adaptée
  • Laver soigneusement lorsque le processus est terminé


    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 pas d'agitation, etc.), ainsi qu'à quant à la préparation du matériau (surfaces exemptes de particules métalliques, état de surface, tel que trempe, polissage, etc.). Des mesures de précaution doivent être prises pour certains tests comme le test de brouillard au chlorure de sodium (norme ISO 9227) :par exemple, les étiquettes de marquage (qui pourraient provoquer des coulures de corrosion et réduire le temps de résistance du test) ne doivent pas être utilisées sur l'échantillon.

  • Soudage

    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, soudage par résistance ou par faisceau d'électrons, etc. Si les caractéristiques mécaniques de la zone de soudure doivent être au même niveau que celui du métal de base, aucun métal d'apport ou métal d'apport homogène (type AWS E/ER 630) ne doit être utilisé et un traitement thermique post-soudage de durcissement par précipitation (voir les différents traitements thermiques PH page 4 ) doit être effectué sur la soudure. Si les caractéristiques mécaniques de la zone soudée ne doivent pas 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 thermique de durcissement par précipitation n'est effectué après soudage, un traitement thermique de détensionnement à 250/300°C pourrait être utile pour augmenter la ténacité des ZAT et éviter tout risque de fissuration à froid du fait de leurs microstructures martensitiques brutes de soudage. Par ailleurs, il convient de rappeler que la conception des soudures doit tenir compte des précautions requises pour tous les aciers forts à forte limite d'élasticité :éviter les découpes et les changements brusques de section. Pour GMAW, nous recommandons l'utilisation d'un gaz protecteur composé de Ar+1%CO₂ ou 1-2%O₂ ; pour GMAW comme pour GTAW, les gaz contenant H₂ et N₂ doivent être évités.


    Métal

    1. 1.4545 / 15-5 PH
    2. UGI® HT605
    3. UGI® 4116N Recuit
    4. UGI 4418 AIR Recuit
    5. L'UGI® 4313 +A
    6. UGI® 4121
    7. UGI® 4512
    8. UGI® 316Ti Solution Recuit
    9. UGI® 316Ti travaillé à froid