Pourquoi l'acier à faible teneur en carbone peut-il être soudé facilement alors que l'acier à forte teneur en carbone pose des problèmes ? Cet article explore la soudabilité des différents types d'acier au carbone, en soulignant l'impact des différentes teneurs en carbone sur le processus. Vous découvrirez les propriétés spécifiques qui font de l'acier à faible teneur en carbone un matériau idéal pour le soudage et pourquoi l'acier à forte teneur en carbone nécessite des techniques spéciales pour éviter les fissures. Apprenez quels sont les facteurs à prendre en compte pour garantir la réussite du soudage avec différents aciers au carbone.
En fonction de sa composition chimique, l'acier peut être classé en deux catégories principales : l'acier au carbone et l'acier allié.
Les aciers au carbone sont classés en plusieurs catégories :
(i) Acier à faible teneur en carbone : teneur en carbone < 0,25%
(ii) Acier à teneur moyenne en carbone : teneur en carbone 0,25 - 0,60%
(iii) Acier à haute teneur en carbone : teneur en carbone > 0,60%
L'acier à faible teneur en carbone, souvent appelé acier doux, contient moins de 0,25% de carbone. Il se caractérise par une résistance, une dureté et une ductilité relativement faibles. Cette catégorie englobe la plupart des aciers de construction au carbone ordinaires et certains aciers de construction au carbone de haute qualité. L'acier doux est couramment utilisé pour les composants structurels d'ingénierie qui ne nécessitent pas de traitement thermique et pour les pièces mécaniques nécessitant une résistance à l'usure, qui peut être obtenue par cémentation ou d'autres traitements de durcissement superficiel.
L'acier à moyenne teneur en carbone, dont la teneur en carbone est comprise entre 0,25% et 0,60%, offre une bonne aptitude au travail à chaud et à l'usinage, mais sa soudabilité est médiocre. Il possède une résistance et une dureté plus élevées que l'acier à faible teneur en carbone, mais une plasticité et une ténacité plus faibles. L'acier à moyenne teneur en carbone peut être utilisé directement sous forme laminée ou étirée à froid, ou après un traitement thermique sans autre transformation.
Lorsqu'il est correctement trempé et revenu, l'acier à moyenne teneur en carbone présente d'excellentes propriétés mécaniques globales. Il peut atteindre une dureté maximale d'environ HRC55 (équivalente à HB538) et des résistances à la traction allant de 600 à 1100 MPa. Ces caractéristiques font de l'acier à mi-carbone le matériau le plus utilisé dans les applications à résistance moyenne. Il est largement utilisé dans la construction et la fabrication de divers composants mécaniques.
L'acier à haute teneur en carbone, contenant de 0,60% à 1,70%, est également connu sous le nom d'acier à outils. Il convient à la trempe et au revenu, mais sa soudabilité est médiocre. La teneur en carbone est adaptée à des applications spécifiques :
Chaque nuance d'acier au carbone offre des propriétés uniques et est sélectionnée en fonction des exigences spécifiques de l'application, en équilibrant des facteurs tels que la résistance, la dureté, la ductilité et l'usinabilité.
Comparaison des propriétés de soudage de l'acier à faible teneur en carbone et de l'acier à haute teneur en carbone
La soudabilité de l'acier est principalement régie par sa composition chimique, la teneur en carbone étant le facteur le plus critique. Bien que d'autres éléments d'alliage puissent influencer la soudabilité, leur impact est généralement moins important que celui du carbone.
L'acier à faible teneur en carbone (généralement <0,25% C) présente une excellente soudabilité et ne nécessite souvent aucune précaution particulière. Cependant, lors du soudage dans des environnements à basse température, avec des plaques épaisses ou pour des applications à haute performance, l'utilisation d'électrodes basiques et le préchauffage peuvent s'avérer nécessaires. Si la teneur en carbone et en soufre approche la limite supérieure de l'acier à faible teneur en carbone, des mesures supplémentaires doivent être mises en œuvre pour prévenir la fissuration thermique. Ces mesures comprennent l'utilisation de consommables de soudage à faible teneur en hydrogène de haute qualité, l'application de traitements thermiques avant et après le soudage et l'optimisation de la conception des joints.
L'acier à teneur moyenne en carbone (0,25-0,60% C) est plus sensible à la fissuration induite par le soudage, en particulier lorsque la teneur en carbone augmente. Cela est dû à la plus grande trempabilité de la zone affectée thermiquement (ZAT), qui augmente le risque de fissuration à froid et réduit la soudabilité globale. En outre, la teneur en carbone du métal soudé augmente proportionnellement au matériau de base, ce qui aggrave encore le risque de fissuration.
La présence de soufre dans l'acier à teneur moyenne en carbone peut augmenter considérablement la probabilité de fissuration à chaud pendant le soudage. Pour atténuer ces risques, il est essentiel de sélectionner des électrodes de base présentant des propriétés supérieures de résistance à la fissuration. La mise en œuvre de traitements thermiques appropriés avant et après le soudage peut également réduire efficacement les tendances à la fissuration en gérant les contraintes thermiques et les changements microstructuraux.
L'acier à haute teneur en carbone (>0.60% C) présente les caractéristiques de soudage les plus difficiles en raison de sa teneur élevée en carbone. Il en résulte des contraintes de soudage élevées et un risque considérablement accru de fissuration à chaud et à froid dans la zone d'impact. Les soudures dans l'acier à haute teneur en carbone sont particulièrement sujettes à la fissuration à chaud par rapport à leurs homologues à teneur moyenne en carbone. Par conséquent, l'acier à haute teneur en carbone est rarement utilisé dans la fabrication générale des soudures et se limite principalement à des applications spécialisées telles que le soudage de réparation ou le rechargement de composants résistants à l'usure.
Le traitement thermique après soudage, en particulier le revenu, est essentiel pour toutes les soudures en acier au carbone, notamment celles réalisées dans des aciers à teneur moyenne ou élevée en carbone. Ce processus permet de soulager les contraintes résiduelles, de stabiliser la microstructure et de réduire considérablement le risque de fissuration différée. Un revenu approprié peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques, la ténacité et les performances globales du joint soudé.
Pour obtenir des résultats optimaux lors du soudage des aciers au carbone, il est essentiel de prendre en compte des facteurs tels que les températures de préchauffage et d'interpassage, le contrôle de l'apport de chaleur, la sélection appropriée du métal d'apport et les paramètres du traitement thermique après soudage. Ces variables doivent être soigneusement adaptées à la teneur en carbone spécifique et aux exigences de l'application afin d'obtenir des soudures de haute qualité, sans défaut, avec les propriétés mécaniques souhaitées.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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