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Caractéristiques mécaniques de l'acier 1010 pour le formage à froid
Allongement et ductilité de l'acier 1010 recuit
L'atout principal dont dispose l'acier 1010, et qui facilite la mise en forme à froid, est sa ductilité documentée. À l'état recuit, ce matériau présente un allongement supérieur à 30 % avant rupture. Ainsi, afin de garantir que l'acier ne se rompe pas lors de sa mise en forme à froid, il est possible de traiter thermiquement l'acier, puis d'effectuer sur celui-ci des opérations d'estampage à froid et de pliage à froid. La caractérisation de l'allongement à la rupture résulte de la teneur très faible en carbone de cet acier (0,10 %) ; cette teneur est suffisamment basse pour permettre aux dislocations de traverser librement et sans entrave l'intégralité du réseau ferritique, ce qui confère la ductilité nécessaire. Bien que des aciers plus évolués soient plus résistants, ils restent inférieurs en termes d'allongement, avec des valeurs de 15 % ou moins, ce qui limite les formes géométriques pouvant être fabriquées. Cette limite basse d'allongement explique également pourquoi ces aciers plus évolués ne conviennent pas aux applications de composants nécessitant une mise en forme à froid de formes complexes. Dans l'industrie, de telles applications concernent notamment le secteur automobile pour la fabrication de supports de suspension, ainsi que la production de configurations complexes de boîtiers destinés aux composants électriques. Les spécifications AMS 366 relatives à l'acier 1010 recuit indiquent une plage d'allongement comprise entre 30 et 40 %. Cette aptitude à l'étirement supérieure à la moyenne est une.
Influence du rapport limite d’élasticité sur résistance à la traction sur le retour élastique et la résistance aux fissures
Le rapport limite d'élasticité / résistance à la traction est un facteur critique concernant la réponse du matériau aux procédés de formage. Prenons l'exemple de l'acier 1010 : avec un rapport limite d'élasticité / résistance à la traction voisin de 0,5, on observe peu de rebond élastique, en raison d'une transition progressive du matériau de la déformation élastique à la déformation plastique. Doté d'une résistance à la traction de 365 MPa selon la norme ASTM, cet acier présente également une réponse sans fissuration sous déformation modérée, mais avec une réserve. En effet, le matériau subit un durcissement minimal au cours de la déformation, comme le confirme sa faible valeur de l'exposant d’écrouissage (n = 0,18). Par conséquent, cet acier n’est pas adapté aux applications nécessitant de fortes étirées, telles que les emboutissages profonds. Pour ces applications, les fabricants privilégient les aciers sans intersticiels, dont la valeur de n dépasse 0,23 et qui surpassent donc l'acier 1010. Selon des données publiées par ASM International, l'acier 1010 présente également un rebond élastique inférieur à 40 % de celui de l'acier 1020 dans des conditions de pliage identiques. Cela en fait un matériau idéal pour la fabrication de pièces de précision, telles que les quincailleries courantes.
Performances en usinage de l’acier 1010 pour les opérations typiques de formage à froid
Emboutissage, pliage et emboutissage superficiel : avantages de l’acier 1010
Lors d'opérations à faible ou moyenne déformation, telles que l'estampage, le pliage ou les opérations d'emboutissage superficiel, l'acier 1010 se comporte bien. La propriété d'allongement de ce matériau, définie par la norme ASTM A366, permet un allongement de 28 à 32 % sans rupture, ce qui le rend adapté à ces procédés. L'acier 1010 est attractif en raison de sa faible limite d'élasticité, d'environ 180 à 210 MPa, avantage qui réduit les efforts requis sur les presses et, par conséquent, diminue les coûts énergétiques. C’est pourquoi l’acier 1010 est couramment utilisé par les entreprises pour la fabrication de pièces embouties à faible exigence, telles que des supports métalliques, des clips et des composants de boîtiers. L’excellente apparence de la pièce emboutie constitue un avantage particulier pour les boîtiers nécessitant des finitions décoratives. Toutefois, si l’application finale exige une grande précision, un traitement complémentaire de détente des contraintes (par recuit de la pièce) peut s’avérer nécessaire.
Limitations en emboutissage profond sévère et en forgeage à froid à haut rapport
l'acier 1010 ne peut tout simplement pas être utilisé dans des opérations à forte déformation, telles que l'estampage profond ou le forgeage à froid, dont les rapports de compression dépassent 2:1. Cela s'explique par la valeur relativement faible de son exposant d'écrouissage (n), qui entraîne un écrouissage rapide du matériau : celui-ci devient ainsi sensible à la rupture lorsqu'on cherche à le mettre en forme pour obtenir des géométries complexes. Toute personne ayant déjà tenté de fabriquer des coupes estampées profondes sait qu'un amincissement notable des parois et des fissurations apparaissent dès que l'épaisseur des parois diminue de plus de 40 %. En outre, en raison de la faible valeur de n, les opérations de forgeage à froid sur acier non allié comme l'acier 1010 rendent les boulons et les éléments de fixation obtenus particulièrement sensibles aux fissures en bordure et aux problèmes de ductilité. En raison de ces inconvénients, l'acier 1010 est couramment remplacé par des aciers sans interstitiels (IF). Bien que ces aciers sans interstitiels soient généralement plus coûteux, ils sont spécifiquement conçus pour offrir une meilleure aptitude à la mise en forme et une meilleure qualité de finition de surface.
Comportement d'écrouissage : L'importance de la faible valeur de n de l'acier 1010 dans la fabrication
la valeur n de l'acier 1010 est d'environ 0,18, ce qui signifie que les caractéristiques de durcissement par écrouissage de cet acier ne sont pas aussi marquées. Pour cette raison, un acier présentant une valeur n plus faible peut atteindre son durcissement maximal par écrouissage à des niveaux d’écrouissage plus faibles. Cela peut effectivement aggraver le phénomène de ressort (springback) dans les pliages simples et les emboutissages peu profonds, ainsi que le nombre d’étapes de calibrage nécessaires. Cela signifie également que l’acier 1010 est sujet à une concentration de l’écrouissage dans quelques zones seulement, ce qui peut engendrer davantage de défauts lorsque les angles sont serrés et/ou lors d’emboutissages profonds. L’écrouissage peut également se produire de façon inhomogène sur une surface, ce qui peut poser des problèmes de cotes et de tolérances, notamment lors de la production d’un grand nombre de pièces. Il est possible qu’un atelier utilise une combinaison de procédés afin d’atténuer ce comportement d’écrouissage, mais cela entraîne également une baisse des taux de rendement et une augmentation des coûts. Les aciers dont la valeur n dépasse 0,25 — par exemple les aciers sans interstitiels (IF) — offrent une bien meilleure homogénéité pour des opérations plus complexes ; toutefois, de nombreux producteurs privilégient encore aujourd’hui l’acier 1010 lorsqu’ils requièrent un bon usinabilité, un coût acceptable par unité de masse et un niveau de formabilité juste suffisant pour une application donnée.
Comment l'acier 1010 se compare aux alternatives pour la fabrication de pièces formées à froid
Comparaison avec les aciers 1008, 1020 et sans interstitiels (IF) : compromis entre aptitude à la mise en forme, coût et qualité de surface
l’acier 1010 occupe une position intermédiaire parmi les aciers faiblement alliés. Avec une teneur en carbone de 0,10 %, il offre une résistance à la traction supérieure à celle de l’acier 1008, dont la teneur en carbone n’est que de 0,08 %. Il est également plus ductile que l’acier 1020, qui contient 0,20 % de carbone. Cette ductilité est un avantage lors des opérations de pliage ainsi que des opérations de découpage et emboutissage de base. Toutefois, les aciers sans interstitiels (IF) présentent des avantages considérables. En effet, les aciers IF surpassent les trois autres nuances, y compris les aciers 1010, 1020 et 1008, en emboutissage profond, grâce à l’absence de carbone et d’autres éléments d’alliage microscopiques spécifiques qui inhibent le vieillissement sous contrainte dans ces matériaux.
La complexité du procédé de transformation se reflète dans les différences de coûts.
les aciers 1010 et 1008 sont généralement les options les moins chères.
l’acier 1010 est 5 à 8 % moins cher que l’acier 1020, car la maîtrise de la composition de l’acier 1020 est plus stricte.
L'acier IF est 15 à 20 % plus coûteux en raison de la fusion spéciale et du recuit spécial.
Le coût et la complexité de transformation déterminent le choix. L'acier 1010 est couramment utilisé dans des applications soumises à des contraintes budgétaires strictes et nécessitant un certain formage, telles que les supports structurels ou les pièces de carter. La plupart des fabricants considèrent cette combinaison comme assez difficile à retenir, car, dans le cadre de contraintes budgétaires, l'acier 1010 convient le mieux.
Les aciers IF présentent, par ailleurs, une excellente finition de surface, avec une surface lisse et homogène, requise pour les pièces automobiles destinées à être peintes. Au cours des opérations de formage, l'acier 1020 présente moins de bandes de Lüders que l'acier 1010, qui est un acier caractérisé par des bandes de Lüders plus prononcées.
Les questions fréquemment posées
Quel est l'avantage principal de l'utilisation de l'acier 1010 pour le formage à froid ?
l'acier 1010 possède un haut degré de ductilité. Ainsi, les pièces embouties peuvent être pliées à plusieurs reprises sans risque de fissuration.
Pourquoi l'acier 1010 n'est-il pas adapté aux opérations d'emboutissage profond ?
En raison de sa faible valeur de n, inférieure à 0,18, l’acier 1010 présente un écrouissage médiocre, ce qui le fait écrouir rapidement et devenir fragile dans des conditions de forte déformation.
Comment l’acier 1010 se compare-t-il aux autres aciers faiblement alliés ?
Comparé aux aciers 1008 et 1020, l’acier 1010 possède une combinaison unique de formabilité, de résistance à la traction et de prix, ce qui le rend plus attractif, même si les aciers sans interstitiels offrent une meilleure formabilité, mais à un coût supérieur.