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métallographiques

Nomenclature

L’acier inoxydable 17-4 PH est un acier martensitique à durcissement par précipitation lors d’un traitement thermique. Le « 17 » fait référence à la teneur approximative en chrome (15,5 %-17,5 %) alors que le « 4 » indique la teneur approximative en nickel (3 %-5 %). Les lettres « PH » signifient precipitation hardening (durcissement structural). Cet acier 17-4 PH porte aussi les dénominations AISI 630, Type 630, X5CrNiCuNb (1.4542), SAE Grade 630 et UNS S17400. Il répond à la norme ASTM A564.

Méthode d’élaboration

La barre cylindrique de 0,625 pouce de diamètre a été produite par laminage à chaud. Le traitement de « mise en solution » a été appliqué comme suit :

1. Mise en solution entre 1025 °C-1055 °C et maintien pendant 3,5 heures;
2. Refroidissement à l’air (ou à l’huile) jusqu’à une température de 32 °C.

État métallurgique

L’état de livraison correspond à une « mise en solution, condition A ». Pour respecter cette condition, une mise en solution doit être effectuée (et non ue recuit) à une température définie par la norme ASTM A564. La « condition A » est un état préparatoire (de conditionnement) au traitement thermique de durcissement par précipitation, dont les paramètres sont aussi définis dans la norme ASTM A564.

Remarques sur la composition chimique

La teneur en chrome à 15,1 % rend l’alliage inoxydable et fournit une excellente résistance à la corrosion. Le nickel ajouté à environ 3 %, élément gammagène, élargit le domaine austénitique et facilite la trempe martensitique. Le cuivre (teneur de 3 %) est l’élément critique dans l’alliage 17-4 PH, et c’est lors du maintien à 1040 °C-1050 °C qu’il sera mis en solution solide dans l’austénite. Durant le vieillissement, le cuivre est peu soluble dans la phase martensitique et forme des précipités cohérents qui vont augmenter les propriétés mécaniques sans diminuer la ténacité.

Le niobium permet de former préférentiellement des carbures de niobium (NbC) stables plutôt que des carbures de chrome. En effet, la formation de carbures de chrome doit être évitée, car ces derniers précipiteraient aux joints de grains lors du traitement de vieillissement subséquent (482 °C à 760 °C). 

Il est à noter que plusieurs articles dans la littérature font état d’une fragilisation (diminution de la ténacité) lors du maintien en service de plusieurs milliers d’heures entre 400 °C et 500 °C.

Remarques sur la microstructure

L’attaque au Fry modifié révèle (état « mis en solution, condition A ») une matrice composée de grains martensitiques. Les petits points noirs incrustés dans la matrice correspondent majoritairement à des carbures de niobium. Il n’y a pas de précipitations du cuivre après une mise en solution suivie d’une trempe à l’eau. Le certificat de l’aciérie indique une taille de grains, selon ASTM E112, de « 6 » et une proportion de 1,1 % de ferrite delta.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Selon la norme ASTM A540, l’état « mis en solution, condition A » n’est pas sujet à des propriétés mécaniques minimales à l’exception de la dureté, qui doit être inférieure à 38 HRC (363 HB).

La nuance 17-4 PH est l’un des aciers inoxydables à durcissement par précipitation les plus utilisés, possédant des propriétés mécaniques dans la gamme supérieure de tous les aciers inoxydables disponibles.

Ses propriétés mécaniques telles la résistance en traction et la dureté sont conservées jusqu’à 300 °C. Sa résistance à la corrosion est supérieure à celle des autres aciers inoxydables et augmente en fonction de la température du traitement de vieillissement, en particulier la résistance à la corrosion sous contrainte lorsque la température de traitement est supérieure à 550 °C.

Le traitement de vieillissement de durcissement du 17-4 PH est simple à effectuer, car il ne comporte qu’un seul stage de maintien en température, contrairement au 17-7 PH qui procure des propriétés mécaniques supérieures, mais nécessite une double séquence de traitement thermique. La norme ASTM A693 définit les températures de traitement de mise en solution et de vieillissement.

Préparation métallographique

1. Meulage sur papier 220 grains (2 min.), 320 grains (2 min.), 500 grains (1 min.), 800 grains (1 min.);
2. Polissage avec particules diamantées : MD-Largo 6 µm (5 min.), MD-DAC 3 µm (6 min.), MD-CHEM avec OP-U Non-Dry ou OP-S Non-Dry (1 min.) (finition optionnelle).

Fiches d’alliages associés

• Ac-33 Acier inoxydable martensitique 17-4 PH (HT900)
• Ac-35 Acier inoxydable martensitique 17-4 PH (HT1150)

Applications possibles

À l’état « mis en solution, condition A », cet acier 17-4 PH présente des sensibilités à la corrosion (surtout à la corrosion sous contrainte) et son usage doit être limité à 300 °C. Pour des utilisations au-delà de 300 °C, un traitement de précipitation est requis, dont les dénominations s’étendent de HT900 à HT1150M (la valeur numérique indique la température de vieillissement en Farenheit).

Après vieillissement, l’alliage 17-4 PH est couramment utilisé pour des applications requérant une haute résistance et un niveau de résistance à la corrosion comparable à celui de l’acier AISI 304 austénitique. 

L’acier 17-4 PH est sensible à la corrosion caverneuse et par piqûre en environnement chloré.

Applications typiques : moules par injection, matrices d’extrusion pour des plastiques, moules et matrices pour la coulée sous pression des alliages de zinc, composants en aéronautique, équipements de procédés chimiques, attaches diverses, engrenages, équipements pour l’industrie des pâtes et papiers, composants d’armement militaire, pièces de turbines à gaz.

Provenance/Fabrication

L’acier de la barre de 0,625 pouce de diamètre a été produit par Acciaierie Valbruna, Italie, et manufacturé par Valbruna Stainless, Indiana, États-Unis.

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