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métallographiques

Nomenclature

La désignation « SAE 1144 » signifie un acier au carbone resulfuré de la série 11xx. Aussi nommé acier de décolletage, il contient entre 0,24 % et 0,33 % de soufre, ce qui améliore son usinabilité. Lorsque le taux de la réduction effectuée par le tréfilage à froid est très élevé avant le recuit de relaxation, la classe « B » lui est attribuée. Sa désignation selon l’UNS est G11440.

Méthode d’élaboration

La plupart des barres finies à froid sont produites à partir de barres laminées à chaud, qui sont ensuite tréfilées à froid (cold drawn) à travers une filière. La réduction à froid de la barre entraîne une amélioration des propriétés mécaniques, avec une finition de surface lisse réduisant les tolérances dimensionnelles et géométriques. L’écrouissage à froid de la barre améliore également l’usinabilité.

Après le tréfilage, un recuit de relaxation est effectué à une température supérieure à 288 °C jusqu’à l’obtention des propriétés requises selon la norme ASTM A311.

État métallurgique

L’état fini à froid (cold finish) signifie qu’un étirage à froid (ou une extrusion) a été appliqué sur cet acier pour en augmenter les propriétés mécaniques. Cependant, comme l’acier SAE 1144 est destiné à l’usinage, le traitement de recuit de relaxation vient stabiliser les dimensions de la pièce avant que l’usinage final soit effectué. En effet, la déformation à froid induit des contraintes internes qu’il est préférable d’éliminer avant l’usinage.

Remarques sur la composition chimique

La teneur en manganèse (Mn) de cet acier resulfuré (0,24-0,33 % S) doit être augmentée par rapport à un acier au carbone équivalent (1,35-1,65 % Mn pour l’acier SAE 1144 par rapport à 0,30-0,60 % Mn pour l’acier SAE 1044). En effet, il existe un eutectique (Fe-S) à environ 988 °C, qui se situe à l’intérieur des températures de mise en forme à chaud (laminage, forgeage, etc.).

Tout composé de sulfure de fer, lorsque chauffé à une température supérieure à son point de fusion, risque de se liquéfier et, en se resolidifiant, d’occasionner une porosité en raison de son retrait. Cet acier deviendrait alors « brulé », ne pourrait plus être utilisé et devrait être refondu ou recyclé. Le manganèse ajouté s’associe rapidement avec le soufre et crée un sulfure de manganèse, préférable au sulfure de fer.

Remarques sur la microstructure

Le recuit de relaxation ne reforme pas de nouveaux grains équiaxes. Ainsi, les micrographies présentent des grains déformés par l’étirage à froid précédant ce recuit.

Sans attaque chimique, les précipités de MnS (fins et grossiers) favorables à l’usinabilité sont facilement visibles. Avec l’attaque au nital 2 %, les petits grains révélés en blanc sont constitués de ferrite contenant 0,002 % C. Le taux de carbone à 0,42 % va contribuer à créer des proportions équilibrées de ferrite et de perlite. L’analyse d’images révèle des proportions ferritique de 45 % et perlitique de 55 %. La taille moyenne des grains est de 17 µm, ce qui correspond, selon l’ASTM, à un « G » de 9.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques à l’état fini à froid (avec ou sans recuit de relaxation) sont dans la médiane des aciers au carbone, ce qui procure un excellent compromis entre résistance mécanique et ductilité. Cet échantillon possède une résistance mécanique (900 MPa), une limite élastique (800 MPa) et un allongement à la rupture (10 %) qui surpassent la norme ASTM A311.

Le soufre, ajouté pour améliorer l’usinabilité, forme des sulfures. Ces derniers, en fonction de leurs tailles, de leurs formes et de leurs orientations, facilitent la rupture des copeaux durant l’usinage. Lorsque la qualité du copeau obtenu est améliorée, l’usinage peut être effectué à plus grande vitesse, la durée de vie des outils de coupe est augmentée et le fini de surface obtenu est de faible rugosité.

Préparation métallographique

1. Meulage sur papier 320 grains (2 min.), 500 grains (2 min.);
2. Polissage avec particules diamantées : MD-Largo 6 µm (5 min.), MD-DAC 3 µm (5 min.), MD-NAP 1 µm (2 min.), MD-CHEM avec OP-U Non-Dry (1 min.) (finition optionnelle).

Applications possibles

C’est un acier de décolletage rapide possédant une bonne résistance à l’usure par rapport à d’autres grades d’acier étiré à froid. Il est très disponible, économique et souvent livré avec un état métallurgique prêt pour l’usinage. Aucun autre traitement thermique n’est généralement nécessaire après l’usinage, mais il est possible d’effectuer une trempe de surface (chalumeau, induction) pour durcir des filets, des dents d’engrenage, etc.

Applications typiques : arbres, coussinets, tiges, vis sans fin, engrenages, pignons et broches.

Provenance/Fabrication

La barre de 1 pouce de diamètre provient de Jorgensen Steel, États-Unis.

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