VIKING L acier à outils pour le découpage et l emboutissage à haute sollicitation

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1 D ONNEES TECHNIQUES VIKING L acier à outils pour le découpage et l emboutissage à haute sollicitation Partout où l on fabrique des outils Partout où l on se sert d outils

2 Cette information est basée sur l état actuel de nos connaissances et est destinée à donner une vue générale de nos produits ainsi que de leurs utilisations. Elle ne peut en aucun cas être considérée comme une garantie de propriétés spécifiques au produit décrit, ni une garantie qu il soit approprié à une application particulière. 2

3 Conditions d utilisation des outils Le comportement d un outil est influencé par un certain nombre de facteurs tels que la lubrification et le refroidissement, la rigidité du montage, les caractéristiques du matériau décopé (usure par abrasion ou adhérence), l épaisseur de ce même matériau, la conception de l outil et de la pièce, l importance des séries, etc. Croquis montrant en action, avec une exagération volontaire, un poinçon et une matrice de type courant. Pour le découpage avec poinçon et matrice, les outils doivent posséder une certaine ténacité. Lorsqu elles découpent des tôles ou des feuillards épais, les arêtes sont en effet soumises à des efforts de traction extrêmement élevés. L outil doit donc être suffisamment tenace pour ne pas s ébrécher, cette ténacité se trouvant devoir augmenter en fonction de l épaisseur du matériau découpé. C est pourquoi il faut choisir un acier tenace et résistant aux chocs et, dans le même temps, l outil doit présenter une résistance adéquate à l usure pour permettre des productions en séries rentables. Applications de l acier VIKING Les aciers résistant aux chocs, que l on trouve habituellement sur le marché pour le découpage et l emboutissage à haute sollicitation, ne présentent pas la combinaison optimale de propriétés requises pour ces types d opérations : S1 mauvaise aptitude à la trempe et N 55 WC 20 faible résistance à l usure W.-Nr faible résistance à l usure 40 NCD 16 H 13 résistance insuffisante à l usure et Z 40 CDV 5 à la compression S 7 résistance à l usure insuffisante pour les grandes séries L acier VIKING est pour sa part un acier à outils fortement allié, qui doit sa polyvalence au fait qu il possède la combinaison de ténacité et de résistance à l usure exactement appropriée au découpage et à l emboutissage à haute sollicitation. Découpage et perçage de matériaux jusqu à 25 mm d épaisseur. Autres applications : Découpage de précision Lames de cisailles Emboutissage profond Estampage à froid Matrices de rétreint Cylindres de laminoirs Filières d extrusion à froid à géométrie compliquée Outils d étirage pour tubes. Ténacité Acier à outils faiblement allié VIKING Acier à 12% de chrome Résistance à l usure Outil à ébarber à froid en acier VIKING. 3

4 Généralités Les caractéristiques de l acier VIKING sont : Acier fortement allié, trempant à l huile, à l air et sous vide Bonne stabilité dimensionnelle en cours de traitement thermique Bonne aptitude à l usinage et à la rectification Excellente combinaison de ténacité et de résistance à l usure Dureté normale comprise dans la plage HRC. Composition chimique C Si Mn Cr Mo V type % 0,5 1,0 0,5 8,0 1,5 0,5 Etat de livraison Recuit doux à env. 225 HB. Code de couleur Rouge/blanc Propriétés CARACTERISTIQUES PHYSIQUES Trempé et revenu à 58 HRC. Valeurs à température ambiante normale et à hautes températures. Température 20 C 2 0 C 4 0 C Densité kg/m Coefficient de dilatation thermique par C à partir de 20 C 11,6 x ,3 x 10-6 Module d élasticité N/mm psi 27,5 x ,9 x ,6 x 10 6 Conductivité thermique W/m C 26,1 27,1 28,6 Chaleur spécifique J/kg C 460 STRUCTURE La structure de l acier VIKING, soumis à une trempe à partir de 1010 C et à deux revenus successifs à 540 C, est composée de carbures, de martensite revenue et d environ 1% d austénite résiduelle. La micrographie ci-dessous montre une microstructure typique d un échantillon pris transversalement dans la barre. RESISTANCE A LA TRACTION Les valeurs de résistance à la traction doivent être considérées comme uniquement indicatives. Toutes les éprouvettes ont été prélevées dans le sens du laminage sur une barre ronde de 35 mm de diamètre, puis trempées à l huile à partir de 1010 ±10 C et soumises à deux revenus successifs à la dureté indiquée. Dureté HRC Résistance à la traction Rm N/mm Limite élastique Rp0,2 N/mm Striction, Z % Allongement, A5 % Grossissement 800X RESISTANCE A LA COMPRESSION Les éprouvettes ont été prélevées de la même manière que celles utilisées pour les essais de résistance à la traction et soumises au même traitement thermique que celles-ci. Dureté HRC Résistance à la compression Rm N/mm Résistance à la compression Rp0,2 N/mm

5 Résistance aux chocs Valeurs approximatives. Les éprouvettes ont été prélevées de la même manière que celles utilisées pour les essais de résistance à la traction et soumises au même traitement thermique que celles-ci. Charpy U, Joules C 40 C C Température de revenu Traitement thermique RECUIT DOUX Température de recuit doux 880 C. Pour empêcher la décarburation superficielle, l acier doit être protégé contre la décarburation. Après chauffage à coeur à 880 C, refroidissez au four à raison d environ 10 C par heure jusqu à 650 C, puis à l air libre. RECUIT DE DETENTE Après dégrossissage, l outil doit être chauffé à coeur jusqu à 650 C et maintenu 2 heures à cette température. Refroidissez ensuite lentement jusqu à 500 C puis à l air libre. FORGEAGE Température de forgeage C. L acier doit être chauffé lentement et régulièrement jusqu à environ 700 C, ensuite plus rapidement jusqu à la température de forgeage. Après forgeage, refroidissez lentement dans un four, du charbon de bois sec, du sable ou de la vermiculite. TREMPE Température de préchauffe : C Température d austénitisation : 980 à 1050 C normalement 1010 C. Temps de* Dureté avant Température maintien revenu C en minutes env. HRC * Temps de maintien = temps de maintien à la température de trempe après que l outil ait été chauffé à coeur. Protection contre la décarburation Pour protéger le métal de la décarburation et de l oxydation lorsqu on le chauffe pour atteindre la température de trempe, il existe différentes formules : Chauffage en bain de sel neutre Atmosphère protectrice, gaz endothermique Vide. Teneur en Température Carbone Point bioxyde de de trempe actif de rosée carbone C ac env. C % CO , , , , , ,30 AGENTS DE REFROIDISSEMENT Circulation d air ou air ambiant Air pulsé Trempe étagée martensitique à C pendant 1 à 120 minutes, puis refroidissement à l air Huile. Note: Procédez au revenu dès que l outil atteint C. Un bras-support réalisé avec un outil à découper en acier VIKING. 5

6 Courbes TTT (temps-température-transformation) Température d austénitisation 1010 C Température C A + C Ms C P Dureté, HB B secondes minutes heures Courbes CCT (transformation par refoidissement continu) Température d austénitisation 1010 C Température C Températures de transformation Lorsque l on chauffe à raison de 100 C par heure, la formation d austénite commence à environ 800 C et prend fin à environ 850 C. Lorsque l on refroidit à raison de 100 C par heure, la transformation de l austénite commence à environ 820 C et prend fin à environ 750 C Dureté, grosseur de grain et austénite résiduelle en fonction de la température d austénitisation. Grosseur de grain Dureté, HRC ASTM Grosseur de grain Dureté Austénite résiduelle Austénite résiduelle % C Température d austénitisation A + C C P Ac 3 Ac 1 Aptitude à la trempe Dureté superficielle en fonction de l épaisseur. Température de revenu 180 C. Dureté, HRC Trempe à l huile Ms M O Dureté in HV secondes minutes heures Trempe différée martensitique Trempe à l air mm Zone L acier VIKING trempe à coeur dans toutes les dimensions courantes. 6

7 REVENU Le chauffage à la température de revenu doit être lent et régulier et il convient de procéder à deux revenus successifs. Température mini 180 C. Temps de maintien à la température de revenu 2 heures minimum. VARIATIONS DIMENSIONNELLES APRES REFROIDISSEMENT A L AIR Eprouvette 100 x 100 x 25 mm Température Largeur Longueur Epaisseur d austénitisation % % % Diagramme de revenu Dureté, HRC 66 Température d austénitisation C Austénite résiduelle % 970 C mini 0,01 0,02 +0,04 maxi +0,03 +0,04 +0, C mini +0,02 +0,02 +0,04 maxi +0,08 +0,09 +0, C mini +0,01 +0,01 +0,04 maxi +0,12 +0,10 +0, C 970 C Austénite résiduelle C Température de revenu (2h + 2h) Variation dimensionnelle % +0,08 +0,04 0 0,04 VARIATIONS DIMENSIONNELLES APRES REVENU 0, C Température de revenu Effet du temps de maintien à la température de revenu Dureté, HRC Température d austénitisation 1010 C Température de revenu 200 C Note. : Les variations dimensionnelles après trempe et après revenu s additionnent. NITRURATION La nitruration donne une couche superficielle dure résistant à l usure et à l érosion. La dureté superficielle après nitruration à une température de 525 C en atmosphère d ammoniaque atteint environ 1000 HV C Temps de nitruration, h C 500 C 1 1,5 2,5 4 6, Heures Profondeur de trempe, env. mm 0,15 0,25 0,30 Une nitrocarburation à 570 C d une durée de 2 heures permet d obtenir une fine couche superficielle d une dureté de 900 à 1000 HV. TREMPE AU CHALUMEAU ET TREMPE PAR INDUCTION Les méthodes de trempe au chalumeau et de trempe par induction sont toutes deux applicables à l acier VIKING. Pour obtenir une dureté bien uniforme après trempe au chalumeau ou par induction, il est possible de prétremper d abord l acier à environ 35 ±2 HRC. Ensuite, après la trempe, il convient de procéder à un double revenu à 180 C au minimum. 7

8 Conseils d usinage Les valeurs d usinage ci-dessous sont données à titre indicatif et doivent être adaptées aux conditions locales d usinage. TOURNAGE Tournage Tournage carbure à l acier Paramètres rapide d usinage Ebauche Finition Finition Vitesse de coupe (v c ) m/mn Avance (f) mm/tour 0,3 0,6 0,3 0,3 Profondeur de passe (a p ) mm Désignation ISO du carbure P20 P30 P10 Revêtu Revêtu carbure carbure ou cermet PERÇAGE Foret hélicoïdal en acier rapide Diamètre Vitesse de foret de coupe (v c ) Avance (f) mm m/mn. mm/tour 5 15* 0,08 0, * 0,20 0, * 0,30 0, * 0,35 0,40 * Avec foret revêtu acier rapide v c ~22 m/min Forets carbure Type de foret Paramètres A plaquettes Monobloc Aux carbures d usinage amovibles carbure brasés 1) Vitesse de coupe (v c ) m/mn Avance (f) mm/tour 0,05 0,25 2) 0,10 0,25 2) 0,15 0,25 2) 1) Foret à canal de refroidissement interne et embout carbure brasé. 2) Suivant le diamètre du foret. FRAISAGE Dressage-Surfaçage Fraisage Fraisage carbure à l acier Paramètres rapide d usinage Ebauche Finition Finition Vitesse de coupe (v c ) m/mn Avance (f z ) mm/dent 0,2 0,4 0,1 0,2 0,1 Profondeur de passe (a p ) mm Désignation ISO du carbure P20 P40 P10 P20 Revêtu Revêtu carbure carbure ou cermet Fraisage en bout RECTIFICATION Nous donnons ci-dessous des conseils généraux pour les meules. Pour de plus amples informations, consultez la brochure Uddeholm «Rectification de l acier à outils». Meule préconisée Etat Etat Type de rectification recuit doux trempé Meule tangentielle de rectification plane A 46 HV A 46 GV Rectification plane à segments A 24 GV A 36 GV Rectification cylindrique A 46 LV A 60 JV Rectification interne A 46 JV A 60 IV Rectification de profils A 100 LV A 120 JV Type de fraise A plaquettes Paramètres Monobloc amovibles Acier d usinage carbure en carbure rapide Vitesse de coupe (v c ) m/mn ) Avance (f z ) mm/dent 0,03 0,20 2) 0,08 0,20 2) 0,05 0,35 2) Désignation ISO du P20 P40 _ carbure Revêtu carbure 1) Pour une fraise en bout en acier rapide revêtue, v c ~35 m/min. 2) Suivant le type de fraisage (surfaçage ou encoche) et le diamètre de la fraise. 8

9 Electro-érosion Si l outil trempé et revenu doit être usiné par électro-érosion, il convient après électro-érosion de faire un revenu supplémentaire dont la température sera d environ 25 C inférieure à la dernière température de revenu utilisée. Pour l acier VIKING à l état trempé, servez-vous d électrodes OK Selectrode ou UTP 67S pour le soudage MMA, et UTP A67S ou Castolin Casto TIG 5 pour le soudage TIG. La soudure aura environ la même dureté que le métal de base. Soudage De bons résultats peuvent être obtenus lors du soudage d aciers à outils pour autant que les précautions adéquates soient prises en cours de soudage. L acier VIKING est soudable, mais il est toutefois essentiel de préchauffer la pièce concernée avant soudage pour éviter les risques de fissures. Le mode opératoire recommandé est le suivant : Information complémentaire Veuillez vous adresser à l agence Uddeholm locale pour toutes informations complémentaires quant au choix, au traitement thermique, aux applications et à la disponibilité des aciers à outils Uddeholm. 1. Soudage d acier VIKING recuit doux Préchauffez à C Soudez à C Après refroidissement lent jusqu à environ 80 C procédez immédiatement au recuit d adoucissement Trempez et faites un double revenu. 2. Soudage de réparation d acier VIKING à l état trempé et revenu Préchauffez à la température de revenu précédente, mini 250 C, maxi 300 C Soudez à cette température, sans jamais descendre au-dessous de 200 C Refroidissez à l air jusqu à environ 80 C Procédez immédiatement à un revenu à une température inférieure de 25 C à la température de revenu précédente. Note : Pour souder de l acier VIKING recuit doux, il faut utiliser une électrode de même composition que le métal de base. Outil de poinçonnage pour le découpage d une pièce en tôle. 9