Choisir entre l'acier allié et l'acier inoxydable implique un compromis. Il faut trouver un équilibre entre les performances requises et les risques environnementaux. Un mauvais choix peut entraîner corrosion, usure prématurée ou surcoût. Nombre d'équipes choisissent un matériau par son nom plutôt que par sa nuance et son traitement thermique spécifiques. Ce guide propose une comparaison pratique pour vous aider à choisir en toute confiance.
Que sont l'acier allié et l'acier inoxydable ?
L'acier allié est un acier auquel on ajoute d'autres éléments que le fer et le carbone. Ces ajouts lui confèrent des propriétés mécaniques ou thermiques spécifiques. L'acier inoxydable est un type particulier d'acier allié. Il contient au moins 10,5 % de chrome (Cr). Ce chrome forme une couche passive à la surface, ce qui contribue à sa résistance à la corrosion.
En résumé, l'acier inoxydable ne constitue pas une famille de métaux à part entière. Il s'agit d'une branche des aciers alliés, caractérisée par sa résistance à la corrosion.
Principales différences de composition
L'écart de performance entre ces aciers provient de trois facteurs :
- Quels éléments sont ajoutés ?.
- Quelle quantité de chaque élément est ajoutée ?.
- Si l'acier a subi un traitement thermique.
L'acier de base est un mélange de fer et de carbone. La plupart des aciers contiennent jusqu'à environ 2,11 % de carbone (TP5T). Des éléments d'alliage sont ajoutés pour ajuster les propriétés finales.
Une règle simple permet de distinguer les aciers faiblement alliés des aciers fortement alliés. Les aciers faiblement alliés contiennent moins de 5% d'éléments d'alliage au total, tandis que les aciers fortement alliés en contiennent plus de 5%. Une teneur en éléments d'alliage plus élevée peut améliorer la dureté, la résistance à haute température ou la résistance à la corrosion. Cependant, elle peut également augmenter les coûts et complexifier la fabrication.
Voici les éléments d'alliage courants et leur rôle :
- Chrome (Cr) : Augmente la dureté et la résistance à l'usure. Des concentrations plus élevées améliorent la résistance à la corrosion.
- Nickel (Ni) : Améliore la robustesse. Des concentrations plus élevées favorisent la résistance à la corrosion et les performances à basse température.
- Molybdène (Mo) : Il offre une résistance aux hautes températures. Il contribue également à résister à certains types de corrosion, notamment par les chlorures.
- Vanadium (V) : Il contribue à la formation de grains fins, ce qui renforce la structure. Il est souvent utilisé dans les aciers à haute résistance.
- Manganèse (Mn) : Il favorise la résistance et la trempabilité. Il contribue également à la bonne aptitude au travail de l'acier.
Principaux types d'acier inoxydable et leurs utilisations
Les aciers inoxydables sont regroupés en familles selon leur structure interne. Choisir la bonne famille est souvent plus important que de mémoriser les différentes nuances. Voici les cinq catégories les plus courantes.
Austénitique (série 300)Les aciers inoxydables austénitiques, comme les modèles 304 et 316, sont privilégiés pour de nombreux projets. Ils offrent une bonne résistance à la corrosion et sont faciles à former et à souder. On les retrouve dans les équipements alimentaires, les cuves chimiques et les pièces nécessitant une bonne ductilité. Ils ne sont cependant pas idéaux pour les applications exigeant une dureté très élevée obtenue par traitement thermique.
Ferritique (série 400) : Les aciers inoxydables ferritiques, comme les aciers 409 et 430, sont privilégiés pour leur coût abordable. Ils offrent une résistance à la corrosion modérée. Ces aciers sont couramment utilisés dans les systèmes d'échappement automobiles et dans d'autres environnements peu agressifs. Ils ne sont pas le premier choix pour les pièces structurelles exigeant une haute ténacité.
Martensitique (série 400) : Les aciers inoxydables martensitiques, comme les aciers 410 et 420, sont destinés aux pièces nécessitant dureté et résistance. Ils peuvent être traités thermiquement pour obtenir ces propriétés. On les retrouve notamment dans les arbres, les couteaux et les instruments chirurgicaux. Leur principal inconvénient est une résistance à la corrosion inférieure à celle des aciers austénitiques.
Duplex: Les aciers inoxydables duplex, comme le 2205, offrent une résistance mécanique élevée. Ils résistent également mieux à la corrosion par les chlorures que de nombreux aciers austénitiques. C'est pourquoi on les retrouve fréquemment dans les environnements marins et chimiques. Leur mise en forme peut toutefois s'avérer plus complexe que celle des aciers austénitiques.
Durcissement par précipitation (PH) : Les aciers inoxydables PH acquièrent leur résistance grâce à un traitement thermique appelé vieillissement. Cela les rend idéaux pour les pièces à haute résistance et à tolérances serrées. Ils sont utilisés dans l'aérospatiale et d'autres domaines de précision. Ces nuances nécessitent un traitement thermique rigoureux pour obtenir les propriétés requises.
| Famille Stainless | Idéal pour | Attention |
|---|---|---|
| austénitique | corrosion générale + formabilité | non adapté aux duretés les plus élevées |
| ferritique | coût + corrosion légère | gamme de ténacité inférieure |
| Martensitique | dureté traitable thermiquement | compromis en matière de corrosion |
| Duplex | résistance à la résistance au chlorure | discipline de formage/fabrication |
| acier inoxydable PH | forte résistance après vieillissement | contrôle du traitement thermique |
Performances mécaniques et anticorrosion
L'acier allié offre souvent une résistance et une dureté supérieures pour un coût équivalent. L'acier inoxydable, quant à lui, se distingue généralement par sa résistance à la corrosion et son faible entretien. Toutefois, il convient de rappeler que la nuance et le traitement thermique spécifiques peuvent influencer le résultat.
Propriétés mécaniques :
- Résistance à la traction: Les aciers alliés présentent souvent une résistance plus élevée. Leur valeur typique se situe entre 758 et 1882 MPa. De nombreux aciers inoxydables ont une résistance comprise entre 515 et 827 MPa.
- Dureté: Les aciers alliés peuvent être traités thermiquement pour atteindre des niveaux de dureté élevés (200–600 HB). De nombreuses nuances d'acier inoxydable courantes sont plus tendres (150–300 HB).
- Fatigue: Les aciers alliés correctement traités thermiquement présentent une bonne résistance à la fatigue. Certains aciers inoxydables, comme le duplex, sont également très performants.
Propriétés de corrosion :
- Corrosion générale : L'acier inoxydable bénéficie d'un avantage naturel grâce à sa couche de chrome. De nombreux aciers alliés nécessitent un revêtement ou une finition pour une protection similaire en milieu humide.
- Corrosion par piqûres/crevasses : Les performances de l'acier inoxydable dépendent fortement de sa nuance. Les aciers inoxydables à haute teneur en alliage sont plus performants que les aciers faiblement alliés, notamment face aux chlorures.
- Corrosion galvanique : Le mélange d'acier inoxydable avec de l'acier au carbone ou allié en milieu humide peut engendrer des problèmes. Le matériau le moins noble risque de se corroder plus rapidement. La conception et l'isolation sont donc essentielles.
| Axe de décision | Acier allié (général) | Acier inoxydable (général) |
|---|---|---|
| Potentiel de résistance/dureté | Élevé (souvent traitable thermiquement) | Variable ; certaines familles sont traitables thermiquement |
| Résistance à la corrosion | Cela dépend ; a souvent besoin de protection | Ligne de base solide grâce au film passif de chrome |
| Charge d'entretien | Souvent plus élevé en milieu humide/corrosif | Souvent plus faible en cas d'exposition corrosive |
| Coût (matériaux) | Souvent plus bas | Souvent plus élevé (selon le niveau scolaire) |
Considérations relatives à la fabrication
Le mode de fabrication d'une pièce peut avoir un impact plus important sur son coût total que le prix des matériaux. Cela est particulièrement vrai pour les pièces à tolérances serrées ou produites en grande série.
Traitement thermique :Les aciers alliés sont souvent traités thermiquement pour atteindre les valeurs de résistance et de dureté cibles. Le traitement thermique des aciers inoxydables dépend de leur famille. Choisir une nuance traitable thermiquement n'est pertinent que si votre conception requiert ces propriétés améliorées.
Usinage:Les aciers inoxydables sont souvent plus difficiles à usiner que les aciers alliés courants. Ils peuvent engendrer une usure plus importante des outils en raison de l'écrouissage et de la chaleur. Par conséquent, l'usinage des aciers inoxydables requiert souvent plus de temps et une meilleure maîtrise du processus.
Soudage et formage :Ces deux matériaux peuvent être soudés et mis en forme, mais le résultat dépend de leur nuance. L'acier inoxydable austénitique est généralement tolérant. Les aciers martensitiques et certains aciers duplex nécessitent davantage de précautions pour préserver leurs propriétés.
Liste de contrôle pratique pour la sélection
Vous pouvez faire un bon premier choix en classant trois facteurs : le risque d’exposition, la demande mécanique et le coût total de fabrication.
- L'environnement d'abord : L'exposition à l'humidité, aux produits chimiques ou aux chlorures oriente le choix vers l'acier inoxydable. Cela vous aide également à choisir la famille d'acier inoxydable appropriée.
- Charge et usure : Une usure ou une contrainte élevée favorisent souvent l'acier allié traitable thermiquement ou l'acier inoxydable martensitique/PH.
- Entretien: Si le revêtement ou la peinture est difficile à entretenir, l'acier inoxydable réduit souvent les problèmes à long terme.
- Fabrication: L'usinage complexe peut renchérir l'acier inoxydable. Les traitements thermiques peuvent également augmenter le coût des aciers alliés.
- Budget et disponibilité : Comparez le coût total pour des qualités spécifiques, et non pas seulement pour les noms généraux des matériaux.
Conclusion
Si le risque de corrosion est élevé et la maintenance difficile, nous recommandons généralement l'acier inoxydable pour une fiabilité optimale tout au long de son cycle de vie. Dans un environnement contrôlé, lorsque la résistance et la durabilité sont vos priorités, l'acier allié offre souvent un meilleur rapport performance/prix, notamment après un traitement thermique approprié. Chez Yonglihao Machinery, en tant que entreprise de prototypage rapide, Nous ne choisissons pas les matériaux de manière abstraite. Nous associons la qualité, l'état et le procédé de fabrication adaptés à vos charges, à l'exposition, aux tolérances et à votre plan de production, afin que vos premiers prototypes vous permettent d'assurer une production reproductible.
FAQ
L'acier inoxydable est-il un acier allié ?
Oui, l'acier inoxydable est un type d'acier allié. La principale différence réside dans sa teneur minimale en chrome (10,5%). Ce chrome forme une couche passive qui le protège de la corrosion. La catégorie des aciers alliés est beaucoup plus vaste et se concentre généralement sur la résistance mécanique, la résistance à l'usure ou la tenue à la chaleur.
Lequel est le plus résistant : l'acier allié ou l'acier inoxydable ?
Cela dépend de la nuance et du traitement thermique. On privilégie souvent les aciers alliés pour les applications exigeant une très haute résistance ou dureté. De nombreux aciers alliés peuvent être traités thermiquement pour atteindre une très grande résistance. Certaines familles d'aciers inoxydables, comme les aciers martensitiques, PH ou duplex, peuvent également atteindre des niveaux de performance élevés. Il convient de comparer des nuances spécifiques dans des conditions identiques.
Quel acier est le plus résistant à la corrosion : l’acier allié ou l’acier inoxydable ?
L'acier inoxydable est généralement le choix le plus sûr en matière de résistance à la corrosion. Sa couche de chrome le protège dans de nombreux environnements humides ou chimiques. En revanche, de nombreux aciers alliés nécessitent un revêtement ou une protection de surface pour une durabilité similaire. En présence de chlorures, le choix des nuances d'acier inoxydable doit être effectué avec soin. La résistance à la corrosion par piqûres peut varier considérablement d'une nuance à l'autre.
Pourquoi l'usinage de l'acier inoxydable coûte-t-il souvent plus cher ?
L'acier inoxydable peut mettre les outils à rude épreuve et affecter la stabilité du processus. De ce fait, son usinage est souvent plus coûteux. Des facteurs tels que l'écrouissage, la génération de chaleur et la gestion des copeaux peuvent accroître l'usure des outils et allonger les temps de cycle par rapport aux aciers alliés courants. La forme de la pièce, les tolérances requises et les exigences en matière de finition de surface peuvent accentuer cet écart.
Puis-je remplacer l'acier inoxydable par de l'acier allié pour faire des économies ?
C'est parfois possible, mais uniquement dans des environnements peu agressifs. Il est également indispensable de pouvoir protéger la surface efficacement. Si la pièce est exposée à l'humidité, à des produits chimiques ou à des chlorures, vos économies pourraient être compromises. Vous pourriez alors devoir payer des revêtements, de la maintenance, ou faire face à un risque de défaillance prématurée. Avant tout changement, tenez toujours compte du coût total du cycle de vie et des risques associés.
