Comment les différences de matériaux métalliques affectent la performance de coupe

En coupe métal, différentes matières pièce = différentes caractéristiques formation/évacuation copeaux. Comment saisir ces caractéristiques ? La norme ISO classe les matériaux métalliques en 6 groupes, chacun avec usinabilité unique. Résumé ci-après.

Matériaux métalliques : 6 grandes catégories :

• P — Acier
• M — Acier inoxydable
• K — Fonte
• N — Métaux non ferreux
• S — Superalliages réfractaires (résistants chaleur)
• H — Acier trempé durci

1 — Groupe P : Acier

Qu'est-ce que l'acier ?

• Plus grand groupe matériaux en coupe métal.
• Acier non trempé ou trempé-revenu (dureté jusqu'à 400 HB).
• Alliage base fer (Fe), élaboré par fusion.
• Acier non allié : C < 0,8 %, seulement Fe, pas autres éléments alliage.
• Acier allié : C < 1,7 %, + éléments alliage (Ni, Cr, Mo, V, W...).

Domaines application :

Groupe P = plus grand en coupe métal (couvre multiples secteurs industriels).

Matériau généralement copeaux longs → copeaux continus relativement uniformes. Forme copeau spécifique dépend teneur carbone.

• Faible carbone = matière collante, tenace.
• Fort carbone = matière cassante.

Caractéristiques usinage :

• Matière copeaux longs.
• Contrôle copeaux relativement facile et stable.
• Acier doux = collant → arêtes vives nécessaires.
• Force coupe spécifique kc : 1500–3100 N/mm².
• Force coupe et puissance requises pour ISO P dans plage limitée.

2 — Groupe M : Acier inoxydable

Qu'est-ce que l'inox ?

• Alliage min 11–12 % chrome.
• Carbone très faible (jusque 0,01 % max).
• Alliages principaux : Ni (nickel), Mo (molybdène), Ti (titane).
• Couche dense Cr₂O₃ en surface → résistance corrosion.

Domaines application :

Groupe M : pétrole/gaz, raccords tuyauterie, brides, industrie transformation, pharma.

Forme copeau : copeaux écailles irréguliers, force coupe > acier ordinaire. Nombreux types inox. Rupture copeau (facile à quasi impossible) varie selon alliage et traitement thermique.

Caractéristiques usinage :

• Matière copeaux longs.
• Contrôle copeau fluide en ferritique, difficile en austénitique et duplex.
• Force coupe spécifique : 1800–2850 N/mm².
• Force coupe élevée, arête rapportée, chaleur, écrouissage pendant usinage.

3 — Groupe K : Fonte

Qu'est-ce que la fonte ?

• 3 types principaux : fonte grise (GCI), fonte nodulaire/sphéroïdale (NCI), fonte graphite compacté (CGI).
• Principalement Fe-C, Si relativement haut (1–3 %).
• Carbone > 2 % (solubilité max C en phase austénite).
• Cr, Mo, V ajoutés → carbures → résistance/dureté ↑, usinabilité ↓.

Domaines application :

Groupe K : pièces auto, construction machines, sidérurgie.

Forme copeau :

Variable : poudre à copeaux longs. Puissance requise généralement faible pour ce groupe.

Note : grande différence fonte grise (copeaux ≈ poudreux) et fonte nodulaire. Rupture copeau nodulaire ≈ acier.

Caractéristiques usinage :

• Matière copeaux courts.
• Bon contrôle copeau toutes conditions.
• Force coupe spécifique : 790–1350 N/mm².
• Usinage vitesses élevées → usure abrasive.
• Force coupe moyenne.

4 — Groupe N : Métaux non ferreux

Qu'est-ce qu'un métal non ferreux ?

• Catégorie : non-ferreux et métaux tendres dureté < 130 HB.
• Alliages Al ~22 % Si = plus grande part.
• Cuivre, bronze, laiton.

Domaines application :

Aéronautique et fabricants jantes alu auto dominent groupe N.

Puissance par pouce³ faible, mais pour taux enlèvement métal élevé, calculer puissance max nécessaire.

Caractéristiques usinage :

• Matière copeaux longs.
• Si alliage, contrôle copeau relativement facile.
• Non-ferreux (Al) = collant → arêtes vives nécessaires.
• Force coupe spécifique : 350–700 N/mm².
• Force coupe et puissance ISO N dans plage limitée.

5 — Groupe S : Superalliages réfractaires (Heat Resistant Alloys)

Qu'est-ce qu'un superalliage réfractaire ?

• HRSA = nombreux fer, nickel, cobalt, titane base haute alliage.
• Groupes : base fer, base nickel, base cobalt.
• États : recuit, traitement solution, vieillissement, laminage, forgeage, fonderie.
• Caractères : teneur alliage élevée (cobalt > nickel) → meilleure résistance chaleur, résistance traction ↑, résistance corrosion ↑.

Domaines application :

Groupe S (difficiles à usiner) : aérospatial, turbines gaz, générateurs.

Gamme large, mais forces coupe généralement élevées.

Caractéristiques usinage :

• Matière copeaux longs.
• Contrôle copeau difficile (copeaux dentelés).
• Céramique : angle rake négatif requis ; carbure : angle rake positif requis.
• Force coupe spécifique :
• Superalliages réfractaires : 2400–3100 N/mm²
• Alliages titane : 1300–1400 N/mm²
• Force coupe et puissance requises = élevées.

6 — Groupe H : Acier trempé durci

Qu'est-ce que l'acier trempé ?

• Plus petit groupe vue usinage.
• Aciers trempés-revenus dureté > 45–65 HRC.
• Généralement pièces dures tournées : 55–68 HRC.

Domaines application :

Groupe H : industries diverses, auto + sous-traitants, construction machines, moules.

Forme copeau :

Généralement continu, copeau rougeoyant. Haute T° aide réduire kc1, crucial pour résoudre problèmes application.

Caractéristiques usinage :

• Matière copeaux longs.
• Contrôle copeau relativement bon.
• Angle rake négatif requis.
• Force coupe spécifique : 2550–4870 N/mm².
• Force coupe et puissance requises = élevées.