Vous êtes-vous déjà demandé comment distinguer rapidement l'acier au carbone de l'acier inoxydable ? Il est essentiel de comprendre les différences dans diverses applications, de la construction à la fabrication. Cet article examine les principales méthodes d'identification de ces deux types d'acier, en mettant l'accent sur les tests d'étincelle, les changements de couleur et d'autres caractéristiques distinctives. À la fin de l'article, vous saurez clairement comment identifier efficacement l'acier au carbone et l'acier inoxydable, ce qui vous permettra de choisir le bon matériau pour vos projets. Plongez dans l'apprentissage de ces techniques essentielles et améliorez vos compétences en matière de sélection des matériaux.
L'acier inoxydable produit-il des étincelles lors du meulage ?
Oui, l'acier inoxydable produit effectivement des étincelles lors des opérations de meulage. Ce phénomène est dû à l'échauffement rapide de particules métalliques microscopiques qui sont délogées au cours du processus d'abrasion. Lorsque la meule entre en contact avec la surface de l'acier inoxydable, elle génère un frottement important qui permet à ces minuscules fragments de métal d'atteindre des températures supérieures à 1000°C (1832°F). À des températures aussi élevées, les particules s'oxydent rapidement et émettent de la lumière visible, sous forme d'étincelles.
Les caractéristiques de ces étincelles, notamment leur couleur, leur intensité et leur forme, peuvent varier en fonction de la qualité et de la composition de l'acier inoxydable traité. Par exemple, les aciers inoxydables austénitiques (304, 316) produisent généralement des étincelles plus courtes et plus nombreuses, d'une teinte rouge-orange, tandis que les aciers inoxydables martensitiques (420, 440C) produisent souvent des étincelles plus longues et plus brillantes, d'une teinte jaunâtre. Des facteurs tels que la granulométrie de la meule, la vitesse de rotation et la pression appliquée influencent également la formation des étincelles. Il convient de noter que si la formation d'étincelles est courante lors du meulage de l'acier inoxydable, des mesures de sécurité appropriées, notamment la protection des yeux et le confinement des étincelles, doivent toujours être mises en œuvre pour prévenir les risques potentiels dans l'environnement de l'atelier.
Lorsque l'acier est broyé sous pression contre une meule abrasive, le matériau est réduit en fines particules sous l'effet de l'abrasion. Ces particules sont rapidement chauffées par la friction mécanique et éjectées par la force centrifuge de la roue en rotation.
Lorsque les particules d'acier chauffées entrent en contact avec l'oxygène de l'air, elles subissent une oxydation rapide. Cette réaction exothermique génère suffisamment de chaleur pour que les particules d'acier se rapprochent de leur point de fusion et émettent de la lumière. La trajectoire de ces particules lumineuses suit un tracé aérodynamique, créant le motif caractéristique de l'étincelle.
Le processus d'oxydation commence par la formation d'un film d'oxyde de fer (2Fe + O2 → 2FeO) à la surface des particules. Simultanément, à l'intérieur des particules, le carbone présent sous forme de carbure de fer (Fe3C) se décompose à haute température, libérant du carbone élémentaire (Fe3C → Fe + C). Ce carbone libéré réagit ensuite avec l'oxyde de fer de surface, produisant du monoxyde de carbone gazeux.
Cette réaction crée un processus cyclique dans lequel les atomes de carbone réduisent l'oxyde de fer en surface, ce qui lui permet de réagir avec l'oxygène atmosphérique et de se ré-oxyder. Parallèlement, ce processus déclenche d'autres réactions avec le carbone interne, ce qui entraîne l'accumulation de monoxyde de carbone à l'intérieur de la particule.
Lorsque la pression interne du gaz dépasse la tension superficielle de la couche externe de la particule, une micro-explosion se produit. Ce phénomène se manifeste par une explosion lumineuse, semblable à un feu d'artifice miniature. Si du carbone résiduel subsiste dans les particules plus petites qui en résultent, le cycle d'oxydation-explosion peut se répéter, ce qui peut conduire à des éclats de deuxième, troisième, voire quatrième génération. Ce processus répétitif crée le motif dendritique ou ramifié caractéristique observé dans les tests d'étincelles.
La fréquence et l'intensité de ces explosions sont directement liées à la teneur en carbone de l'acier. Les aciers à forte teneur en carbone présentent des explosions plus fréquentes et plus prononcées, ce qui se traduit par des motifs dendritiques plus complexes avec une ramification accrue et des formations en forme de fleur. À l'inverse, les aciers à faible teneur en carbone produisent des motifs d'étincelles plus simples avec moins de ramifications.
Cette relation entre la teneur en carbone et les caractéristiques de l'étincelle constitue la base du test d'étincelle en tant que méthode qualitative et rapide d'identification des différentes qualités d'acier dans les ateliers. Toutefois, il est important de noter que si le test d'étincelage peut fournir des informations précieuses, il doit être utilisé en conjonction avec d'autres méthodes analytiques pour une identification et une caractérisation précises des matériaux.
Les motifs d'étincelles, les différentes parties et les formes comprennent généralement :
Lorsque l'échantillon est broyé sur la meule, toutes les étincelles produites sont collectivement appelées faisceaux de feu.
Le faisceau de feu peut être divisé en trois parties principales :
Le faisceau de feu le plus proche de la meule est appelé faisceau de feu racine.
La partie centrale est appelée faisceau de feu central.
La partie terminale du faisceau de feu, qui est la plus éloignée de la meule, est appelée faisceau de feu de queue. Voir la figure 12-1.
Lors du meulage de l'acier, les particules de meulage s'envolent à grande vitesse, créant des lignes brillantes appelées "streamlines".
D'après les caractéristiques de la forme des lignes de courant, il existe trois formes communes : les lignes de courant droites, les lignes de courant ondulées et les lignes de courant intermittentes, comme le montre la figure 12-2.
Un motif d'éclatement apparaît au milieu de la ligne de courant.
Il existe trois types de feux d'artifice : les feux d'artifice dendritiques, les feux d'artifice plumeux et les bractées.
Les feux d'artifice en forme de branche ressemblent à des branches d'arbre, avec plus ou moins de branches, y compris deux fourches, trois fourches et plusieurs fourches.
Il existe différents niveaux de fractionnement, notamment le fractionnement primaire, le fractionnement secondaire et le fractionnement multiple.
Les explosions en forme de plume sont une forme spéciale d'explosion d'acier cerclée qui ressemble à des plumes. Les bractées sont des formes d'expansion spéciales qui se produisent au milieu de la ligne de courant et comprennent des éclatements avant et après la partie d'expansion.
Veuillez vous référer à la figure 12-3. Si la fleur de la bractée apparaît à l'extrémité de la ligne de courant, elle est également appelée fleur de la queue de la bractée.
Le point où la ligne de courant s'interrompt à mi-chemin est appelé nœud.
Certains feux d'artifice ont des nœuds brillants et dodus, tandis que d'autres n'ont pas de nœuds apparents.
Lorsque l'étincelle jaillit, le filet s'appelle la ligne d'aube.
Les feux d'artifice dendritiques peuvent être considérés comme la forme de collection de la plupart des lignes d'aube.
Étincelles sous forme de points entre les lignes de fauve qui explosent ou près de la ligne de courant.
Le chou-fleur est une forme anormale de queue de pie.
Il existe trois types de fleurs de queue communes : la fleur de queue de renard, la fleur de queue de pointe de lance et la fleur de queue de magnolia. Comme le montre la figure 12-4.
Fig. 12-4 Forme de la fleur de queue
La couleur et la luminosité de l'ensemble du faisceau de la flamme ou d'une partie de l'étincelle.
L'outil principal utilisé pour l'identification des étincelles est une meuleuse.
Les machines à meuler peuvent être de bureau ou portables.
Une meuleuse d'établi convient à l'inspection d'échantillons d'acier et de pièces de petite taille.
Une meuleuse portable peut être utilisée pour identifier les lots d'acier dans les ateliers et les entrepôts.
La puissance du moteur utilisé pour une meuleuse d'établi est de 0,5 KW, et la vitesse de rotation est d'environ 3 000 tr/min.
Le moteur d'une meuleuse portable a une puissance de 0,2 KW et une vitesse de 2800 tr/min.
Une puissance et une vitesse excessives peuvent entraîner une dispersion des étincelles, ce qui n'est pas propice à l'identification.
Si la puissance et la vitesse sont trop faibles, il sera difficile de meuler les aciers à outils alliés et les aciers à grande vitesse contenant du tungstène, et il est même possible que le faisceau de flammes ne soit pas produit.
La meule doit avoir une granulométrie de 46# ou 60# (de préférence 60#) et une dureté moyenne de 200 mm, et l'épaisseur doit être de 20~25 mm.
La meule d'une rectifieuse portable peut avoir un diamètre de 90 à 20 mm.
Il est conseillé de ne pas changer fréquemment les outils tels que la machine à meuler et la granulométrie de la meule.
La connaissance et la familiarité avec les performances des outils est un aspect essentiel de l'identification des étincelles.
La forme de l'étincelle peut varier en fonction de la vitesse de rotation de la meule et de la taille des particules des différents broyeurs.
La netteté et la rondeur de la surface de frottement de la meule doit être régulièrement entretenue pour garantir une force de projection constante.
Si la meule n'est pas tranchante, elle peut réduire la ligne de flottaison, tandis que si la rondeur n'est pas maintenue, l'acier peut sauter lorsqu'il frotte contre la meule. Par conséquent, la rondeur de la meule ne doit pas être trop faible.
Avant de commencer le travail, il est important d'identifier un échantillon standard pour corriger l'influence potentielle de l'environnement objectif.
La luminosité de l'environnement de travail peut affecter de manière significative l'observation des étincelles.
Le site d'identification ne doit pas être trop lumineux, mais il ne doit pas non plus être complètement sombre. Il est important de maintenir une luminosité constante pour garantir une identification précise.
En général, il n'est pas conseillé d'opérer à l'extérieur. Toutefois, s'il est nécessaire d'opérer à l'extérieur, il convient d'utiliser une bâche mobile recouverte d'un tissu noir afin d'éviter les interférences dues à une lumière forte, comme celle des lapins.
Un ensemble d'échantillons d'acier standard avec des nuances d'acier connues doit être fourni à des fins de comparaison pour l'apprentissage et l'identification. Plus les échantillons d'acier sont complets, mieux c'est.
Pour déterminer la teneur correcte de chaque élément, les échantillons d'acier standard doivent être soumis à une analyse chimique.
Dans l'industrie de la fabrication de machines, la sélection précise des matériaux et le traitement thermique sont des défis cruciaux auxquels sont confrontés les professionnels techniques. L'identification et l'utilisation correctes des nuances d'acier sont primordiales pour garantir la qualité, la sécurité et la rentabilité des produits.
Une sélection incorrecte des matériaux ou un mélange involontaire de nuances d'acier au cours de la fabrication peut conduire à ce que les composants ne répondent pas aux spécifications de performance, ce qui peut entraîner des pertes économiques importantes ou des défaillances catastrophiques. C'est pourquoi il est essentiel de bien comprendre les variétés d'acier et leurs propriétés respectives pour réussir la production de machines.
Les méthodes d'identification de l'acier peuvent être classées en deux grandes catégories : les approches chimiques et les approches physiques. Bien que l'analyse chimique offre une grande précision, elle convient principalement aux inspections par échantillonnage en laboratoire. Le temps et le coût associés à l'analyse chimique la rendent peu pratique pour les applications sur site dans la plupart des environnements de fabrication.
Les méthodes d'identification physique, bien que moins précises que l'analyse chimique, s'avèrent inestimables pour les évaluations préliminaires sur place en raison de leur caractère pratique et de l'expertise accumulée par les techniciens qualifiés. Parmi ces méthodes physiques, l'identification par étincelle et l'analyse métallographique sont les techniques les plus efficaces et les plus largement applicables.
L'identification des étincelles, en particulier, a été largement adoptée par l'industrie en raison de ses nombreux avantages :
L'importance de l'identification des étincelles apparaît à plusieurs étapes critiques du processus de fabrication :
Le carbone est le principal élément d'acier et sa forme d'activation change avec l'augmentation de la teneur en carbone.
Les profils d'étincelles des aciers courants sont les suivants :
Fig. 12-6 30 Acier
Le faisceau de flammes est entièrement jaune, avec une ligne épaisse au milieu, des lignes légèrement plus fines à la racine et des feux d'artifice légèrement plus grands à la queue. En outre, il y a de longues lignes de flèche qui pendent légèrement.
Dans le cas de l'explosion secondaire, elle comporte plusieurs branches avec des nœuds d'explosion lumineuse.
Fig. 12-7 40 Acier
La longueur du faisceau des feux d'artifice a légèrement augmenté. Tous les feux d'artifice sont maintenant des éclats secondaires, et la ligne de fusée est longue et épaisse. De plus, il y a maintenant plus de feux d'artifice dans l'ensemble du faisceau, et du pollen commence à apparaître. La queue du faisceau de feux d'artifice est également plus grande et sa couleur est jaune vif.
Fig. 12-8 45 Acier
La longueur de la poutre de feu est plus longue que celle de 40 pièces d'acier. La forme des feux d'artifice est plus grande et le nombre de lignes de courant et de feux d'artifice a augmenté. Les lignes de feu sont plus épaisses et la ligne de feu est plus longue. Il y a une bonne quantité de pollen entre les lignes de courant et elles émettent avec force, ce qui se traduit par un degré d'éclatement plus élevé. Les nœuds sont brillants et le nombre de feux d'artifice à la queue est nettement supérieur à celui de l'acier 40. En outre, la couleur est jaune vif.
Fig. 12-9 50 Acier
La longueur de la poutre de flamme est équivalente à celle d'une poutre en acier de 45.
Le modèle d'explosion est significatif, avec un nombre accru de lignes de courant et d'explosions. Les lignes de courant sont épaisses, avec de longues lignes d'awn et de pollen entre elles, ce qui rend l'explosion puissante. Les nœuds sont brillants et le nombre d'explosions à la queue est sensiblement plus élevé que celui d'une poutre en acier de 45. La couleur de la flamme est jaune vif.
La flamme entière est jaune, avec une ligne de courant légèrement épaisse et longue et une forme droite. La partie centrale vers la queue de coulée est légèrement tombante.
Un modèle d'explosion unique à branches multiples, fait d'acier de construction au carbone ayant la même teneur en carbone, est légèrement plus régulier que le modèle d'explosion. Le degré d'explosion est élevé et les nœuds sont plus brillants.
La présence de chrome à ce stade démontre son rôle dans l'allongement et la fissuration.
Le faisceau d'étincelles est jaune vif et présente de nombreuses lignes aérodynamiques. L'éclat secondaire de la fleur composée est grand, net et régulier avec un nombre important de feux d'artifice. La ligne d'awn est longue et épaisse, et l'angle de la fleur est clair et bien séparé.
Il y a une quantité adéquate de pollen, et le degré d'éclatement est élevé avec une ligne de courant épaisse, légèrement tombante du milieu à la queue. Le degré d'éclatement du chrysanthème à grandes branches est encore plus intense.
À l'heure actuelle, l'inscription à faible teneur en carbone moyen sert encore à promouvoir l'explosion.
Fig. 12-12 Acier 20CrMo
Le faisceau de flamme du matériau est plus court que celui de l'acier 20Cr. La ligne de courant est légèrement plus fine, et il y a plusieurs bifurcations et une seule explosion à la fois.
Par rapport au 20CrMo, le modèle d'explosion a rétréci, le degré d'explosion est plus faible, les nœuds ne sont pas très brillants et la couleur est jaune. En outre, la queue de la ligne d'écoulement présente des fleurs de queue en pointe de canon.
Le molybdène a une propriété d'inhibition à ce stade.
Bien que le chrome soit un élément explosif, il coexiste avec le molybdène et ses propriétés deviennent secondaires.
Fig. 12-13 Acier 40CrMo
La couleur de la flamme de 42CrMo est légèrement plus foncé que celui de l'acier 40Cr et sa ligne de fuite est similaire. Il forme des fleurs composées à explosion secondaire avec une quantité appropriée de pollen, et les nœuds apparaissent brillants. Cependant, les modèles d'explosion sont irréguliers et désordonnés, et le degré d'explosion est légèrement affaibli. Au niveau de la queue, il y a une fleur de queue de pointe de canon, ce qui n'est pas le cas de l'acier 20CrMo.
On peut en déduire que la teneur en carbone a un certain impact sur le molybdène.
Fig. 12-14 Acier 60Si2Mn
Le faisceau de feu a une longueur modérée et une ligne de fuite réduite, et il est légèrement épais. La plupart d'entre eux éclatent deux fois, tandis que certains éclatent trois fois avec un petit type de fleur et un nœud évident de bourgeon en silicium. Ces types ont des lignes d'awn courtes et peu nombreuses, un degré d'éclatement un peu plus faible et pas de pollen. La couleur de l'étincelle et le nœud d'explosion ne sont pas très brillants.
Fig. 12-15 GCr15 Acier
Le faisceau de feu a une longueur modérée et présente de nombreux modèles de fusées et d'éclats triples. Les lignes de fuite sont légèrement fines et densément couvertes de feux d'artifice en forme de branches.
La quantité de feux d'artifice est importante, les motifs sont petits et la ligne de l'aune est fine et irrégulière. Il y a une quantité importante de pollen entre les lignes d'awn, et les nœuds ne sont pas très distincts. La couleur des feux d'artifice est orange.
L'organisation interne est la troostite perlite à l'état de laminage à chaud. Le faisceau de feu est long et épais, et présente trois éclats. L'intensité des éclats est forte, la ligne d'aube est longue et il y a une quantité importante de pollen entre les lignes d'aube. Les nœuds d'éclatement sont brillants et le motif de la queue est long et situé au milieu.
Fig. 12-16 Acier Cr12MoV
La poutre de feu est mince et extrêmement courte, avec une ligne de courant ondulée et intermittente qui semble être nombreuse et mince.
Les feux d'artifice sont exceptionnellement puissants, produisant des étincelles qui éclatent en trois fleurs différentes avec de multiples branches et d'importantes étoiles. Les fleurs contiennent de nombreuses fleurs brisées et du pollen, et sont pleines de feu.
L'extrémité de la ligne de flottaison présente une fleur de queue évidente en forme de canon en raison de la teneur en molybdène. En outre, la ligne de courant est légèrement plus épaisse au niveau de la queue, ce qui confère au matériau une sensation de dureté lorsqu'on le frotte.
Couleur : jaune à orange. La forme de l'étincelle n'est pas différente de celle de Cr12.
Fig. 12-17 Acier 5CrMnMo
Le faisceau de feu est le plus épais et le plus long, la ligne de fuite est d'épaisseur moyenne et l'éclatement est le deuxième plus fort. Ils éclatent tous trois fois, parfois avec quelques fleurs, et il y a des fleurs de queue de canon en molybdène.
La forme de la fleur est une fleur en forme d'étoile à trois ou quatre segments, à ramifications multiples, avec une fleur en forme de queue de lancette. La ligne d'awn est dense, la zone de distribution des fleurs représente 55-60% de l'ensemble du faisceau de feu, la forme de la fleur est grande, et l'angle de la fleur est large.
En termes de couleur, le faisceau de feu est jaune vif et les nœuds sont jaunes à blancs. La résistance est moins forte lors du broyage.
Fig. 12-18 Acier 3Cr2W8V
Le faisceau de feu est relativement long et la ligne de courant est très fine, ondulée et intermittente. L'éclatement est faible, avec seulement une petite quantité de fleurs dans une forme et une taille de queue de renard chauve.
Couleur de la carrosserie : fuchsia.
Chauve et solitaire, rouge cerise clair.
Il est très résistant lors du broyage.
Fig. 12-19 Acier W6Mo5Cr4V2
Le faisceau de flammes se présente sous la forme d'un court faisceau de couleur jaune orangé brillant, avec une teinte rouge foncé à la base.
Il y a quelques lignes de courant irrégulières ainsi que des motifs ressemblant à des vagues.
Les lignes de courant ne sont pas très épaisses et ont une longueur moyenne.
La ligne de fuite de la queue est plus épaisse et ressemble à une feuille de saule avec des fleurs de queue, et l'extrémité est légèrement dégarnie.
Les feux d'artifice sont peu nombreux mais ont une grande forme.
Il n'y a que quelques lignes d'awn, qui sont également dégarnies.
La ligne de flottaison de la queue s'abaisse vers le bas.
Il peut être difficile de juger de la qualité de l'acier de l'échantillon testé sur la base du modèle d'étincelles observé.
En effet, les formes d'étincelles peuvent présenter des différences subtiles qu'il est difficile de décrire et d'exprimer avec précision. Un praticien qualifié, doté d'une grande expérience et d'une grande expertise, est nécessaire pour distinguer avec précision ces différences subtiles dans les modèles d'étincelles.
Actuellement, l'identification par étincelle n'est nécessaire que pour confirmer l'appartenance d'un matériau à la nuance d'acier prévue.
Lors de l'identification d'un lot de pièces, la première pièce doit être observée et analysée avec soin. Une fois qu'il a été confirmé que l'acier n° 1 est utilisé correctement, la pièce doit être légèrement meulée afin d'observer les caractéristiques de base des étincelles lorsqu'elle est la moins usée.
Il convient de garder cette caractéristique à l'esprit et de meuler les autres pièces en exerçant une légère pression. Cette approche permet non seulement de faciliter l'identification, mais aussi de minimiser l'usure des pièces, évitant ainsi tout impact négatif sur leur apparence ou leur fonctionnalité.
À ce stade, il est important de se concentrer sur les différences fondamentales entre les deux qualités d'acier au niveau de leurs étincelles. Une fois que vous aurez bien compris leurs caractéristiques respectives et leurs principales distinctions, il sera beaucoup plus facile de les différencier.
Si le discriminateur comprend l'utilisation de base de l'acier et est familier avec le bon sens des matériaux à utiliser pour fabriquer différentes pièces, il peut être d'une grande aide pour identifier les étincelles.
L'un des facteurs à prendre en compte est de savoir si l'explosion dendritique se produit lors du broyage des étincelles. S'il y a explosion dendritique, elle peut être déduite des situations suivantes :
① Si l'explosion dendritique se produit normalement et qu'il n'y a pas d'étincelles sous d'autres formes spéciales, il s'agit principalement d'acier au carbone (acier tué et semi-tué).
À ce stade, si le motif est un éclatement en deux parties et que le pot d'éclatement est relativement peu abondant, cela indique que la teneur en carbone est faible et que l'acier appartient à la gamme des aciers à faible teneur en carbone.
Si le modèle est une explosion dendritique secondaire, tertiaire ou une petite quantité d'explosions dendritiques multiples, la quantité d'explosions est moyenne et la distance entre les explosions est claire, ce qui indique que la teneur en carbone de l'échantillon est d'environ 0,4% C, et qu'il appartient à l'acier au carbone dans la gamme des carbones moyens.
Si l'explosion est en forme d'arbre à plusieurs fourches, que la quantité d'explosions est importante et que la distance entre les explosions est faible, cela indique que la teneur en carbone est élevée et qu'il s'agit d'un produit de type acier à haute teneur en carbone. Lorsque l'explosion est forte, elle confirme que la teneur en carbone est élevée.
② Si l'explosion présente un motif dendritique et un aspect plumeux, cela indique que l'acier est bordé d'une très faible teneur en silicium. La teneur en carbone peut être estimée approximativement sur la base de la quantité d'explosions, ce qui permet de déduire la qualité de l'acier.
③ Identifier grossièrement les type d'acier:
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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