Tool steel

Préparation métallographique des aciers à outils fortement alliés

Un nombre toujours croissant d’aciers à outils fortement alliés sont produits pour répondre aux besoins d’applications spécifiques de clients. Les équipes de contrôle de la qualité doivent donc effectuer la préparation métallographique et l’analyse de volumes toujours plus importants d’aciers à outils fortement alliés. Quelles sont les considérations essentielles lors de la préparation et l’analyse métallographiques des aciers à outils fortement alliés ?

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Principales caractéristiques des aciers à outils fortement alliés

Les aciers peuvent généralement être classés dans trois grandes catégories en fonction de leur composition chimique :
  • Aciers au carbone
  • Aciers faiblement alliés contenant de faibles quantités d’éléments d’alliage
  • Aciers fortement alliés contenant > 6 % d’éléments d’alliage

Les aciers à outils sont des aciers fortement alliés contenant de grandes quantités d’éléments d’alliage tels que le chrome, le nickel, le vanadium, le tungstène ou le molybdène. Ces éléments d’alliage sont utilisés pour augmenter la résistance à l’usure, la ténacité, la résistance ou la dureté de l’acier, ou pour lui conférer des propriétés spécifiques, telles que la résistance à la corrosion et à la chaleur, la conservation de la dureté à haute température, la conservation de la résistance à basse température, etc.

Analyse métallographique pour la production des aciers à outils fortement alliés

Dans la production des aciers à outils fortement alliés, l’analyse métallographique est essentielle pour garantir un produit de qualité. L’analyse métallographique des aciers à outils fortement alliés est principalement utilisée pour :
  • Déterminer la répartition et la taille des carbures des aciers à outils
  • Détecter la décarburation des aciers durcis, puis trempés
  • Détecter les micro-ségrégations et les taux d’inclusion

Acier à outils
Fig. 1 : Moule en plastique d’acier attaqué avec du Picral à 5 %, révélant, à un grossissement élevé, la présence d’aiguilles et de plaques isolées dans une martensite autrement amorphe (grossissement : 1000x, DIC)

Relever les défis de la préparation métallographique des aciers à outils fortement alliés

Éviter les dommages thermiques
Le traitement thermique des aciers à outils fortement alliés est un critère de qualité, il est donc impératif d’éviter toute influence thermique durant le tronçonnage, afin de garantir une représentation fidèle de la microstructure réelle. Lors du tronçonnage de grandes sections, cette étape de la préparation doit être effectuée avec le plus grand soin.

Aciers à outils
Fig. 2 : dommage thermique dû à de mauvaises conditions de tronçonnage 

Préservation des carbures et des inclusions
La principale difficulté lors du prépolissage et du polissage des aciers à outils fortement alliés est de veiller à la préservation des carbures et des inclusions non métalliques. Dans les aciers à outils travaillés à froid, les carbures primaires sont très gros et se fracturent facilement pendant le prépolissage. Dans les aciers entièrement recuits, les carbures secondaires sont très fins et peuvent facilement être arrachés à la matrice plus tendre.

Aciers à outils
Fig. 3 : Carbures primaires fracturés (grossissement : 200x) 


Traitement en grand volume d’aciers à outils fortement alliés
Pour les équipes de contrôle de la qualité impliquées dans la production d’aciers à outils fortement alliés, le traitement de grands volumes d’échantillons exige une organisation très efficace du flux de travail, des équipements automatiques et des procédures normalisées.

 

Recommandations pour le tronçonnage et l’enrobage d’aciers à outils fortement alliés


Tronçonnage

La majorité des échantillons d’aciers à outils fortement alliés sont tronçonnés dans des dimensions normalisées, par des moyens mécaniques grossiers, à partir de brames et de matériaux issus de laminoirs ébaucheurs. Les tronçonnages critiques d’échantillons de traitement thermique ou pour l’analyse des défaillances sont toujours réalisés avec une machine de tronçonnage métallographique.

Les aciers à outils fortement alliés sont extrêmement sensibles aux dommages thermiques :
  • Un soin particulier doit être apporté au choix de la meule de tronçonnage appropriée.
  • Le refroidissement doit être suffisant pour éviter les dommages thermiques.
  • L’utilisation de meules de tronçonnage en oxyde d’aluminium tendre ou en nitrure de bore cubique avec un liant de résine est recommandé.
Enrobage

Les échantillons d’aciers à outils fortement alliés peuvent être laissés sans enrobage ou être enrobés à chaud ou à froid.
  • Les échantillons avec traitement de surface nécessitant une bonne netteté des bords doivent être enrobés sous pression à chaud avec des résines renforcées en fibres (DuroFast).
  • Les échantillons qui ne nécessitent pas de netteté des bords peuvent être laissés sans enrobage si leurs dimensions sont adaptées aux porte-échantillons.
  • La normalisation des dimensions des échantillons peut être un avantage lors du traitement en grands volumes. Dans ce cas, l’utilisation de moules d’enrobage rectangulaires en silicone (FlexiForm) est recommandée. Il est également important d’utiliser une résine d’enrobage à froid offrant un retrait limité pour éviter toute contamination.
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