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Acier inoxydable 316 : composition, caractéristiques et applications en fonderie

Table des matières

Aperçu

Le contenu détaillé suivant traite des caractéristiques de l'acier inoxydable 316 qui concernent sa nature chimique, ses caractéristiques physiques et mécaniques, ainsi que ses propriétés électriques et thermiques. Elle se concentre également sur le portage de la fonte d'acier inoxydable 316, qui présente tous ses avantages, notamment une résistance améliorée à la corrosion et une résistance élevée à la traction ainsi qu'une formabilité améliorée pour des industries comme la transformation chimique, le transport maritime, etc. préparer des moules à remplir d'acier inoxydable fondu et finir les pièces résultantes ensemble ou un traitement thermique facultatif sous des mesures de contrôle de qualité strictes. Dans l’ensemble, ce contenu peut être utilisé comme un guide utile sur le caractère et l’utilisation généralisée de l’acier inoxydable 316.fonte à la cire perdue en acier inoxydable 5

Qu'est-ce que l'acier inoxydable 316 ?

L'acier inoxydable 316 est un alliage de type austénitique qui possède une bonne résistance à la corrosion, notamment dans les environnements à forte teneur en chlorure. L'alliage riche en chrome, nickel et molybdène offre une résistance supérieure à la corrosion par piqûre et caverneuse. L'acier inoxydable 316, généralement utilisé pour les équipements marins, le traitement chimique et les dispositifs médicaux, est également un bon matériau, soudable et attrayant à la vue et peut donc également être utilisé dans les applications structurelles et décoratives.

Quelles sont les variantes de l'acier inoxydable 316 ?

L'acier inoxydable portant la désignation 316 existe en plusieurs versions destinées à diverses applications. L'acier inoxydable 316L possède une plus faible teneur en carbone, ce qui rend la structure plus résistante aux risques de sensibilisation et de corrosion lors du soudage en raison de la réduction des transferts thermiques à travers la zone de soudage. C’est donc un matériau de choix pour les structures sujettes au soudage. Bien que l’acier inoxydable 316H soit composé de plus de carbone, il confère à l’acier une résistance accrue, en particulier celle de la température. L'acier inoxydable 316Ti contient des atomes de titane pour éviter la sensibilisation et la corrosion intergranulaire, il est donc parfait pour les environnements défavorables et les températures élevées. De plus, certains matériaux peuvent être à la fois certifiés 316 et 316L, ce qui permet d'obtenir des couches additives. Cela donne aux ingénieurs en mécanique la possibilité de créer des conceptions hautement personnalisées offrant une flexibilité pour les variations de performances et de résilience entre différentes applications.

Quelle composition d’éléments influence le plus les propriétés de l’acier inoxydable 316 ?

L'acier inoxydable 316 possède une excellente résistance à la corrosion qui est sensiblement renforcée par sa teneur en chrome qui constitue le 16-18% de l'alliage. Le chrome crée une couche d'oxyde résistante à la corrosion sur la surface de l'acier qui le protège de différents environnements, y compris les environnements corrosifs, tels que l'atmosphère, les produits chimiques et la salinité. De plus, ces éléments ajoutent du nickel et du molybdène qui renforcent la résistance à la corrosion et la ductilité et offrent également une certaine résistance à la corrosion par piqûres et fissures lorsqu'ils sont secondés avec des chlorures. Bien que d'autres éléments comme le carbone, le manganèse, le silicium et l'azote y contribuent également, le chrome reste essentiel dans la définition des propriétés les plus essentielles de l'alliage. Cet alliage devient par conséquent le premier choix dans des environnements plus exigeants tels que les applications de corrosion marines et de traitement chimique, les dispositifs médicaux et les machines qui nécessitent une meilleure résistance à la corrosion.

Comparez l'acier inoxydable 316 et 304

Parmi eux, les aciers inoxydables 316 et 304 sont les alliages austénitiques les plus populaires, composés d'éléments similaires, principalement de chrome et de nickel, bien que l'acier 316 contienne généralement un pourcentage légèrement plus élevé des deux. Le canal entre les deux réside dans l'ajout de molybdène à l'acier inoxydable 316, améliorant ainsi sa résistance à la corrosion, en particulier dans les espaces riches en chlorures, et il peut donc être utilisé pour des applications marines et chimiques. Ce qui mérite d'être mentionné, c'est qu'il contient beaucoup moins de molybdène, mais reste un bon matériau résistant à la corrosion dans de nombreux environnements, approprié pour un usage général. Malgré une plus grande résistance à la traction et une plus faible résistance au fluage, le coût plus élevé de l'usinage et du soudage rend souvent l'acier inoxydable 316 moins attrayant par rapport à l'acier inoxydable 304 moins coûteux. En fin de compte, la différence entre l'acier inoxydable 316 et 304 réside dans les détails : les exigences spécifiques telles que les conditions environnementales, les considérations de coût et les besoins de finition.

Propriétés de l'acier inoxydable 316

Composition chimique de l'acier inoxydable 316
Propriétés des éléments de composant
Métrique
Carbone, C <= 0,080 %
Chrome, Cr 16 – 18 %
Fer, Fe 61.8 – 72 %
Manganèse, Mn <= 2,0 %
Molybdène, Mo 2.0 – 3.0 %
Nickel, Ni 10 – 14 %
Phosphore, P <= 0,045 %
Silicium, Si <= 1,0 %
Soufre, S <= 0,030 %
Propriétés physiques de l'acier inoxydable 316moulage à la cire perdue en acier inoxydable 3
Propriétés physiques
Métrique
Anglais
Densité 8,00 g/cc0,289 lb/po³
Propriétés mécaniques de l'acier inoxydable 316
Propriétés mécaniques
Métrique
Anglais
Dureté, Brinell 149149
Dureté, Knoop 169169
Dureté, Rockwell B 8080
Dureté, Vickers 155155
Résistance à la traction, ultime 550 MPa79 800 livres par pouce carré
Résistance à la traction, Rendement 240 MPa34 800 livres par pouce carré
Allongement à la rupture 60%60%
Module d'élasticité 193 GPa28 000 ksi
Impact d'Izod 129 J95,1 pi-lb
Impact Charpy 105 J77,4 pi-lb
Propriétés électriques de l'acier inoxydable 316fonte à la cire perdue en acier inoxydable 1
Propriétés électriques
Métrique
Anglais
Résistivité électrique 0,0000740 ohm-cm0,0000740 ohm-cm
Perméabilité magnétique 1.0081.008
Propriétés thermiques de l'acier inoxydable
Propriétés thermiques
Métrique
Anglais
CTE, linéaire16,0 µm/m-°C
@Température 0,000 – 100 °C
8,89 µin/in-°F
@Température 32,0 – 212 °F
 
16,2 µm/m-°C
@Température 0,000 – 315 °C
9,00 µin/in-°F
@Température 32,0 – 599 °F
 
17,5 µm/m-°C
@Température 0,000 – 540 °C
9,72 µin/in-°F
@Température 32,0 – 1000 °F
La capacité thermique spécifique0,500 J/g-°C
@Température 0,000 – 100 °C
0,120 BTU/lb-°F
@Température 32,0 – 212 °F
Thermique Conductivité16,3 W/mK
@Température 100 °C
113 BTU-po/h-pi²-°F
@Température 212 °F
Point de fusion1370 – 1400 °C2 500 – 2 550 °F
Solidus1370 °C2500 °F
Liquide1400°C2550 °F
Température de service maximale, air870 °C1600 °F
 925 °C1700 °F

* Les propriétés de l'acier inoxydable 316 ci-dessus sont extraites de MatWeb

L’acier inoxydable 316 et 316L peut-il être coulé ?

L'acier inoxydable 316 peut être coulé à l'aide de différentes méthodes de coulée. L'acier inoxydable 316, un alliage d'acier inoxydable commun avec une excellente résistance à la corrosion, une résistance à haute température et de bonnes propriétés mécaniques, est largement utilisé pour les pièces moulées dans des industries telles que le traitement chimique, la transformation des aliments et la marine.pièces automobiles de moulage de précision 1

L'avantage de l'acier inoxydable 316 utilisé dans le moulage ?

La coulée d'acier inoxydable 316 est un processus qui produit des composants en acier inoxydable 316, une nuance d'acier inoxydable austénitique connue pour sa meilleure résistance à la corrosion par rapport à l'acier inoxydable 304. Les caractéristiques des pièces moulées en acier inoxydable 316 comprennent :

  • Résistance à la corrosion améliorée: comme l'acier inoxydable 316 contient du molybdène, il résiste aux piqûres et à la corrosion crevasse, ce qui le rend adapté aux applications marines, chimiques et autres applications corrosives.
  • Haute résistance et ductilité: Les pièces en acier inoxydable 316 coulé présentent une bonne résistance et ductilité, ce qui leur permet de résister à diverses charges et contraintes sans se déformer ni se casser.
  • Excellente formabilité: Semblable à Acier inoxydable 304, l'acier inoxydable 316 peut être facilement façonné en formes complexes, ce qui le rend idéal pour produire des composants moulés complexes.
  • Résistance à la chaleur: Les pièces moulées en acier inoxydable 316 peuvent supporter des températures modérément élevées (jusqu'à environ 870°C) sans perte significative de propriétés mécaniques.
  • Facilité de nettoyage: Les composants en acier inoxydable moulé 316 ont des surfaces lisses faciles à nettoyer et à entretenir, ce qui les rend idéaux pour les applications sanitaires, telles que la transformation des aliments, les produits pharmaceutiques et les équipements médicaux
  • Moulage en acier inoxydable 410 3

Méthodes de coulée utilisées pour la coulée d'acier inoxydable

Le moulage de l'acier inoxydable utilise diverses méthodes, notamment :

  • Moulage de précision (cire perdue): Il s'agit de réaliser un modèle en cire, de le recouvrir de céramique, de prélever le contenu du fondu suivi d'une immersion dans l'acier inoxydable en fusion.
  • Moulage en sable: Des moules en sable avec des motifs pressés en acier inoxydable fondu sont utilisés.
  • Moulage sous pression: Injection d'acier inoxydable en fusion haute pression dans des moules en aciers de formes complexes.
  • Coulée continue: Coulage prolongé et continu de l'acier inoxydable en fusion dans les moules refroidis à l'eau pour de longues sections.
  • Coulée centrifuge: Les moules utilisés pour filer l'acier inoxydable fondu en pièces cylindriques.
  • Coulée sous vide: Coulée de précision sous vide pour minimiser la porosité.

Toutes ces techniques présentent certaines caractéristiques et sont choisies en fonction du nombre de pièces traitées, des propriétés requises, des volumes de production. La fonte d’acier inoxydable est très diversifiée car elle peut être utilisée dans différentes situations.

Le processus de moulage de l'acier inoxydable 316 et 316L

Le processus de coulée d'acier inoxydable comprend généralement les étapes suivantes :

  • Création de motifs : Un motif du composant souhaité est créé, généralement en utilisant de la cire ou un matériau similaire. Ce modèle est une réplique exacte de la pièce à couler, y compris tous les détails et caractéristiques complexes.
  • Assemblage du moule : Le motif est ensuite recouvert d'un matériau céramique réfractaire qui forme une coque autour de lui. Cette coque devient le moule de coulée de l'acier inoxydable.
  • Suppression du motif : Une fois la coque en céramique durcie, le motif intérieur est retiré en le fondant ou en le dissolvant, laissant derrière lui un moule creux.
  • Préchauffage du moule : Le moule en céramique est chauffé à haute température pour éliminer toute humidité résiduelle, renforcer le moule et faciliter un meilleur écoulement du métal lors de la coulée.
  • Verser de l'acier inoxydable fondu : L'acier inoxydable est fondu dans un four et porté à la température de coulée appropriée. Le métal en fusion est ensuite soigneusement versé dans le moule en céramique préchauffé.
  • Élimination des moisissures : Une fois l’acier inoxydable complètement solidifié, le moule en céramique est démonté pour révéler la pièce moulée.
  • Finition: Le composant moulé en acier inoxydable peut nécessiter un traitement supplémentaire, tel que le meulage, l'usinage ou le polissage, pour obtenir la finition de surface et la précision dimensionnelle souhaitées.
  • Traitement thermique (facultatif) : En fonction des exigences spécifiques de l'application, la pièce moulée en acier inoxydable peut subir un traitement thermique pour optimiser ses propriétés mécaniques, telles que la résistance, la dureté ou la ductilité.
  • Contrôle de qualité: Enfin, la pièce moulée en acier inoxydable finie est inspectée pour déceler tout défaut ou écart par rapport aux dimensions et tolérances spécifiées. Cela peut impliquer une inspection visuelle, des techniques de tests non destructifs ou des mesures dimensionnelles.Moulage en acier inoxydable 2205 5

Difficultés rencontrées lors du traitement de l'acier inoxydable 316

Il est difficile de traiter l'acier inoxydable 316 car cet acier a plus de dureté et de résistance que les autres, d'où la nécessité de techniques d'usinage et d'outillage spécifiques pour réduire l'achat d'outils et le durcissement du travail. De faibles concentrations de molybdène peuvent provoquer un écrouissage pendant les processus de formage et nécessitent par conséquent un contrôle précis des paramètres de traitement afin d'éviter les fissures et les distorsions. Le post-soudage thermique de l'inox 316 nécessite un traitement thermique strict pour éviter une sensibilisation de l'inox pouvant entraîner des risques de corrosion ultérieurs. Le nettoyage doit être effectué tout au long du processus de traitement pour préserver sa résistance à la corrosion et des précautions très détaillées sont nécessaires pour arrêter la possibilité de défauts de surface ou de contaminations. En résumé, l'acier inoxydable 316 présente d'excellentes propriétés. Cependant, davantage de soins doivent être apportés lors du traitement afin d'améliorer les performances et la qualité.

Applications courantes de l'acier inoxydable 316 

L'acier inoxydable 316 est largement utilisé dans différents secteurs en raison de sa résistance à la corrosion bien connue, de ses performances mécaniques adéquates et de sa diversité. Parmi les principales applications figurent les environnements marins, où il est couramment utilisé pour les aménagements de bateaux et le matériel des structures offshore en raison de sa résistance à l'exposition à l'eau salée et aux chlorures. L'acier inoxydable 316 est le plus courant dans le secteur de la transformation des aliments et des boissons car il est recommandé pour les équipements désinfectables et résistants aux substances corrosives. Sa biocompatibilité lui confère une valeur d'application dans les domaines pharmaceutiques et médicaux pour la chirurgie et l'implantation. Dans le domaine chimique, il est utilisé dans les secteurs de la transformation, de l'aérospatiale, de l'automobile et de l'architecture, soulignant ainsi sa viabilité et ses performances fiables dans plusieurs secteurs et dans des situations extrêmes et difficiles.

 

Vidéo de moulage de précision en acier inoxydable

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