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21 Matériaux métalliques courants que tout ingénieur en mécanique devrait connaître (Partie 1)
Dans le domaine de la mécanique, le choix des matériaux métalliques affecte directement les performances, la durée de vie et la sécurité des équipements mécaniques. Parmi les nombreux matériaux métalliques, il en existe plusieurs couramment utilisés que chaque professionnel de la mécanique doit connaître. Cet article se concentrera sur la présentation de trois matériaux métalliques typiques, y compris leurs caractéristiques principales et leurs scénarios d'application, afin de fournir des références pratiques pour la conception, la fabrication et la maintenance mécaniques.
1. Acier 45 - Acier de construction au carbone de haute qualité
L'acier 45 est l'acier au carbone trempé et revenu le plus largement utilisé en mécanique, appartenant à la catégorie des aciers de construction au carbone de haute qualité.
Caractéristiques principales
- Il présente d'excellentes propriétés mécaniques complètes, trouvant un bon équilibre entre résistance et ténacité, ce qui le rend adapté aux pièces supportant des charges modérées.
- Cependant, il a une faible trempabilité. Lorsque la trempe à l'eau est adoptée (un processus de traitement thermique pour améliorer la dureté), le matériau est sujet aux fissures en raison des contraintes internes inégales.
- Pour le traitement thermique : Il est recommandé aux pièces de petites dimensions de subir un traitement de trempe et de revenu (pour optimiser les performances complètes), tandis que les pièces de grandes dimensions sont plus adaptées à un traitement de normalisation (pour affiner les grains et réduire les contraintes internes, évitant ainsi les fissures).
Exemples d'application
Il est largement utilisé dans la fabrication de composants mécaniques clés, tels que les turbines, les pistons de compresseur, les arbres, les engrenages, les crémaillères et les vis sans fin. Ces pièces nécessitent une résistance modérée et une bonne ténacité pour s'adapter à un fonctionnement mécanique à long terme.
2. Acier Q235A (Acier A3) - L'acier de construction au carbone le plus couramment utilisé
L'acier Q235A, également connu sous le nom d'acier A3 en termes traditionnels, est l'un des aciers de construction au carbone les plus largement utilisés dans la production industrielle en raison de son rapport coût-efficacité et de ses performances stables.
Caractéristiques principales
- Il possède une grande plasticité et ténacité, ce qui signifie qu'il n'est pas facile à casser sous la force externe et peut subir un certain degré de déformation, ce qui le rend adapté aux processus de formage.
- Il possède une excellente soudabilité et des performances d'estampage à froid. Il peut être facilement soudé en diverses pièces structurelles et peut également être transformé en différentes formes par estampage à froid (comme l'estampage de rondelles ou de supports).
- Bien qu'il ait un certain niveau de résistance pour répondre aux exigences générales de charge, sa résistance est inférieure à celle des aciers mi-carbone comme l'acier 45. De plus, il a une bonne performance de pliage à froid, et aucune fissure ne se produira lorsqu'il est plié à un angle spécifié.
Exemples d'application
Il est couramment utilisé dans la production de pièces et de structures soudées avec des exigences de performance générales (pas de demandes de haute résistance), telles que les tirants, les bielles, les goupilles, les arbres, les vis, les écrous, les colliers, les supports, les bases de machines avec de petites charges, ainsi que les structures de bâtiments (comme les charpentes en acier) et les ponts.
3. Acier 40Cr - L'acier de construction allié le plus largement utilisé
L'acier 40Cr est un acier de construction allié représentatif avec le chrome comme principal élément d'alliage. Il est privilégié dans la fabrication mécanique en raison de ses excellentes performances complètes après traitement thermique.
Caractéristiques principales
- Après traitement de trempe et de revenu, il possède des propriétés mécaniques complètes exceptionnelles, ainsi qu'une bonne ténacité aux chocs à basse température (il peut encore maintenir sa ténacité dans des environnements à basse température) et une faible sensibilité aux entailles (pas sujet à la concentration de contraintes et aux fissures au niveau des entailles).
- Il a une bonne trempabilité. Lorsque la trempe à l'huile est utilisée (taux de refroidissement plus lent que la trempe à l'eau), il peut obtenir une résistance à la fatigue plus élevée (résistant aux dommages sous des charges cycliques), ce qui est bénéfique pour améliorer la durée de vie des pièces. Cependant, si la trempe à l'eau est adoptée pour les pièces de forme complexe, des fissures peuvent encore se produire en raison du refroidissement rapide.
- Sa plasticité de pliage à froid est modérée. Après revenu ou trempe et revenu, il a une bonne usinabilité (facile à transformer en formes précises par tournage, fraisage, etc.).
- Une note clé : Sa soudabilité est médiocre. La soudure sans préchauffage est susceptible de provoquer des fissures. Par conséquent, la pièce doit être préchauffée à 100~150°C avant le soudage.
- Il a une forte adaptabilité au processus : En plus d'être utilisé à l'état trempé et revenu, il peut également être soumis à une carbonitruration (pour améliorer la dureté de surface et la résistance à l'usure) et à une trempe de surface à haute fréquence (pour améliorer la résistance de surface tout en conservant la ténacité du cœur).
Exemples d'application
Il est largement utilisé dans la fabrication de pièces mécaniques importantes qui supportent des charges moyennes à lourdes et nécessitent une résistance élevée à la fatigue, telles que les vilebrequins, les bielles des moteurs de forte puissance, les engrenages des machines lourdes et les arbres de haute précision.
Conclusion
L'acier 45, l'acier Q235A et l'acier 40Cr sont trois matériaux métalliques fondamentaux en mécanique, chacun avec des avantages de performance et des domaines d'application uniques. La maîtrise de leurs caractéristiques et des scénarios d'application raisonnables est la base pour les ingénieurs mécaniciens afin de mener une sélection scientifique des matériaux, d'optimiser la conception des produits et d'assurer la fiabilité des équipements mécaniques. Dans les articles suivants, nous continuerons à présenter d'autres matériaux métalliques courants dans le domaine de la mécanique pour aider les professionnels à enrichir davantage leurs réserves de connaissances en matière de matériaux.
Temps de bar : 2025-10-27 11:17:39
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