Type 303 vs Type 304 Acier inoxydable : Guide de performance d'usinage

La sélection des matériaux est vitale pour un usinage rentable sur tours de type suisse. Comment les aciers inoxydables les plus courants, Type 304 et sa version modifiée Type 303, se comparent-ils pour l'usinabilité et autres propriétés ?

Pour produire des pièces usinées de haute qualité, nous devons considérer plusieurs facteurs différents influençant le processus d'usinage. La considération commence par :

• La sélection de la machine la plus adaptée au travail, sélection de l'outillage approprié pour le travail
• Le matériau le plus approprié.
• Et enfin, la technique de post-traitement.

Dans cet article, nous nous concentrons sur les détails concernant la sélection du matériau pour le travail d'usinage.

Pour une grande variété d'applications d'usinage, l'acier inoxydable est un matériau de choix. Outre ses propriétés mécaniques et chimiques avantageuses, l'acier inoxydable existe en de nombreux alliages différents qui s'adaptent à presque tous les usages.

Nous utilisons le plus couramment le type austénitique d'alliages d'acier inoxydable pour usiner des pièces sur des tours de type suisse. L'acier inoxydable austénitique contient du chrome, du nickel et du manganèse comme éléments d'alliage principaux. L'alliage le plus largement utilisé dans ce groupe d'acier inoxydable est le Type 304, également connu sous le nom d'acier inoxydable 18-8. Malgré ses nombreux avantages, l'acier inoxydable Type 304 a des caractéristiques d'usinage difficiles, en raison de sa tendance à s'écrouir à un rythme très rapide. Pour augmenter son usinabilité, les scientifiques des matériaux ont modifié le Type 304 en ajoutant du soufre ou du sélénium. L'acier inoxydable résultant est le Type 303. La composition matérielle du Type 303 a légèrement modifié d'autres caractéristiques également. Examinons de plus près quelles sont les différences entre l'acier inoxydable 304 et 303 ?

---

Propriétés physiques et mécaniques

La plupart des propriétés physiques, telles que la densité, le module d'élasticité, la résistance électrique spécifique, la chaleur spécifique, la conductivité thermique, l'expansion thermique, la perméabilité magnétique et la température de recuit, du Type 304 et du Type 303 sont les mêmes. Les propriétés mécaniques diffèrent légèrement. Le Type 303 a une résistance à la traction légèrement plus élevée que le Type 304, mais a une limite d'élasticité et une capacité d'allongement inférieures.

Propriétés chimiques

La principale différence entre les compositions chimiques du Type 304 et du Type 303 est l'ajout de Soufre au second. À côté du Soufre ajouté, le Type 303 a une quantité significativement accrue de Phosphore. La version Type 303Se contient du Sélénium. Néanmoins, la production de 303Se est rare de nos jours.

Les alliages d'acier inoxydable tels que Type 303UX et Type 304Cu contiennent également du Cuivre dans leur composition chimique. Le cuivre réduit l'écrouissage et la perméabilité, offre une résistance à la corrosion et augmente l'usinabilité de l'alliage.

---

Usinabilité

Comparé à d'autres matériaux tels que l'Aluminium ou l'Acier à faible teneur en carbone, l'Acier Inoxydable est plus difficile à usiner. Il a tendance à produire des copeaux longs et filamenteux menant à l'arête rapportée sur l'outil. Les raisons derrière les différences dans l'usinage de l'acier inoxydable résident dans les propriétés suivantes : résistance à la traction élevée, grand écart entre la limite d'élasticité et la résistance à la traction ultime ; ductilité et ténacité élevées ; taux d'écrouissage élevé ; et, faible conductivité thermique.

Malgré ses propriétés et son comportement différent, l'acier inoxydable est usinable en utilisant la technique appropriée. À savoir, l'Acier Inoxydable nécessite plus de puissance, des vitesses de coupe plus basses, seulement une avance positive, un outillage et des fixations rigides, l'utilisation de brise-copeaux ou enrouleurs, et une excellente lubrification et refroidissement pendant l'usinage.

Parmi les nombreux alliages d'acier inoxydable, certains sont plus usinables que d'autres. La famille d'alliages d'acier inoxydable la plus usinable est appelée les alliages à usinage libre. Le Type 303 est le membre le plus courant de cette famille. Les alliages à usinage libre contiennent des éléments de composition supplémentaires tels que Soufre, Sélénium, Plomb, Cuivre, Aluminium et Phosphore. Les alliages à usinage libre produisent moins de frottement et moins d'accumulation de matériau au contact de l'outil d'usinage. De plus, les copeaux se brisent facilement pendant l'usinage.

L'acier inoxydable Type 303 a une usinabilité améliorée par rapport au Type 304, qui est un type non à usinage libre. D'un autre côté, la soudabilité de l'acier inoxydable Type 304 est plus élevée par rapport au Type 303.

---

Résistance à la corrosion

Tous les types d'acier inoxydable austénitique ont une excellente résistance à la corrosion. Les différences dans la composition chimique des alliages causent les différences dans la résistance à la corrosion. L'acier inoxydable Type 303 a une résistance à la corrosion diminuée par rapport au Type 304, en raison de l'ajout de Soufre et de phosphore.

Le Type 303 résiste à la corrosion de toutes les sources atmosphériques, stérilisateurs, produits chimiques organiques et colorants. Ils résistent bien à l'acide nitrique, modérément à l'acide sulfurique et mal aux acides halogènes. Pour une résistance à la corrosion optimale, toutes les pièces faites d'acier inoxydable Type 303 devraient être nettoyées et passivées après l'usinage pour enlever la graisse, l'huile, les empreintes digitales et autres particules étrangères telles que les particules de fer résiduelles de l'outillage.

---

Applications

En raison de son usinabilité accrue, nous utilisons l'acier inoxydable Type 303 pour fabriquer des pièces qui nécessitent un usinage intensif. Les applications les plus courantes du Type 303 sont l'usinage de vis, écrous et boulons, raccords d'avions, engrenages, bagues, composants électriques, corps de vannes, arbres et vannes.

Le Type 304, étant l'un des alliages d'acier inoxydable les plus populaires, est utilisé pour fabriquer des appareils de cuisine, équipements de traitement alimentaire ou liquide, matériaux de construction, équipements marins, conteneurs chimiques, pièces automobiles, garnitures architecturales et échangeurs de chaleur.

En raison de sa haute résistance à la corrosion et de sa faible teneur en carbone, l'acier inoxydable Type 304 est un matériau de choix pour les équipements médicaux. Le Type 304 ne réagit pas chimiquement avec les tissus corporels et les solutions de stérilisation. Il peut résister à une usure dure et répétitive, généralement associée à l'usage médical.

L'usinabilité est une propriété significative des alliages d'acier. Cependant, dans les environnements hautement corrosifs et les applications sous-marines, la résistance à la corrosion est la préoccupation principale. Le Type 316 a l'une des plus hautes résistances à la corrosion parmi les alliages d'acier inoxydable. Le Type 316 est très similaire au Type 304, mais il a une quantité accrue de molybdène qui fournit une haute résistance à la corrosion. Le Type 316 est un alliage de choix pour les implants orthopédiques et les valves cardiaques artificielles.

---

Conclusion

Il existe une grande variété d'alliages d'acier inoxydable. Même si la majorité de l'acier inoxydable dans le monde est le Type 304, il a une faible propriété d'usinabilité. De nombreuses applications qui mettent l'accent sur l'usinabilité des matériaux emploient l'acier inoxydable Type 303. Le Type 303 a aussi des propriétés non-grippantes désirables. Le grippage est une forme d'usure causée par l'adhérence entre surfaces coulissantes. Cette propriété rend le démontage des pièces facile.

Le Type 303 est un matériau de choix pour le tournage sur tour de type suisse. Le choix du matériau affecte le ratio usinabilité/coût. Dans notre expérience, le matériau le moins cher ne donne pas toujours un coût inférieur. Nous couvrons ce sujet dans l'article de blog sur « le vrai coût de la qualité ». Les matériaux qui ont une faible usinabilité nécessitent des changements d'outil fréquents, ont des temps d'arrêt accrus et une mauvaise finition de surface. Une règle empirique s'applique à l'usinage de l'acier inoxydable, à mesure que l'usinabilité diminue, les coûts d'usinage associés augmentent.