Types d'acier inoxydable : Austenite vs Martensite vs Ferrite

L'acier inoxydable est un matériau métallique très répandu, largement utilisé dans les domaines suivants Prototypage CNC. Il existe différents types d'acier : austénitique, martensitique, ferritique, etc. Chacun d'entre eux offre des propriétés uniques telles que la résistance à la corrosion et une grande solidité. Il est essentiel de comprendre ce qu'ils sont et leurs différences pour choisir le bon type d'acier pour diverses applications.

Microstructure de l'acier

Le fer est l'élément fondamental de l'acier. À l'état solide, le fer présente deux structures cristallines. L'une est la structure cubique centrée sur le corps (BCC), qui existe dans deux plages de température. Elle est appelée α-fer lorsqu'elle est présente à une température inférieure à 912 °C et δ-Fe lorsqu'elle est présente à une température supérieure à 1394 °C. L'autre structure est la structure cubique à faces centrées (FCC), qui existe entre 912 °C et 1394 °C et est appelée γ-Fe.

Le carbone est un autre élément majeur de l'acier et joue un rôle crucial dans sa microstructure et ses propriétés. En général, plus la teneur en carbone est élevée, plus la résistance de l'acier augmente, tandis que sa plasticité diminue. Le carbone existe principalement sous deux formes dans l'acier : l'une est dissoute dans le fer, formant une solution solide, et l'autre est un carbure de fer, connu sous le nom de cémentite (FE3C), qui est dur et cassant.

Lorsque le carbone se dissout dans le δ-Fe, on parle de ferrite, qui conserve la structure cubique centrée sur le corps. Lorsque le carbone se dissout dans le γ-Fe, on parle d'austénite, qui conserve la structure cubique à faces centrées.

Qu'est-ce que l'acier inoxydable austénitique ?

À température ambiante, l'austénite n'existe pas de manière indépendante et la région de la phase austénitique est petite. Toutefois, en ajoutant certains éléments métalliques à l'acier, la région de la phase austénitique peut être élargie, rendant l'austénite stable à température ambiante et formant un acier allié austénitique.

L'acier inoxydable austénitique est un alliage formé par l'ajout de 17%-25% de chrome et de 8%-25% de nickel à l'acier au carbone. Voyons maintenant ce qu'est l'acier inoxydable. L'acier inoxydable est un type d'acier qui acquiert sa résistance à la corrosion par l'ajout d'éléments, la caractéristique typique étant de contenir au moins 10,5% de chrome. Les alliages d'acier austénitiques sont une catégorie d'acier inoxydable.

Pourquoi l'acier inoxydable austénitique résiste-t-il à la corrosion ? L'ajout de nickel permet à l'acier de présenter une structure austénitique à température ambiante, ce qui réduit le nombre de cellules de corrosion formées en raison des différences de microstructure et améliore la résistance à la corrosion. L'ajout de chrome forme une couche dense d'oxyde de chrome à la surface de l'acier, ce qui le rend moins sensible à la rouille. Un exemple typique de SUS austénitique est le suivant acier inoxydable 18-8qui est un alliage contenant au moins 18% de chrome et au moins 8% de nickel.

La carte heuristique ci-dessous présente les nuances d'acier inoxydable austénitique.

Propriétés de l'acier inoxydable austénitique

Non-magnétique. L'acier inoxydable austénitique est non magnétique à température ambiante, ce qui le rend approprié pour les applications où il y a de fortes interférences magnétiques.

Excellente résistance à la corrosion. L'acier inoxydable austénitique possède un ensemble bien équilibré de propriétés, en particulier une résistance exceptionnelle aux acides oxydants. Il peut résister à la corrosion par l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide formique, l'acide acétique et l'urée.

Bonne soudabilité. La teneur élevée en nickel de l'acier inoxydable austénitique contribue à la stabilité et à la ductilité pendant le soudage. Le nickel aide à prévenir la formation de phases fragiles et améliore la capacité du matériau à absorber les contraintes de dilatation thermique sans se fissurer.

Qu'est-ce que l'acier inoxydable martensitique ?

La martensite est une solution solide sursaturée de carbone dans l'α-Fe. Lorsque l'acier est chauffé à une certaine température pour former de l'austénite et qu'il est ensuite rapidement trempé, il en résulte une microstructure cristalline très dure connue sous le nom de martensite. La transformation commence lorsque l'austénite atteint la température de départ de la transformation martensitique (Ms) et se poursuit jusqu'à ce qu'elle tombe en dessous de la température de transformation (Mt). En général, plus le pourcentage de transformation en martensite est élevé, plus la résistance de l'acier martensitique obtenu est importante.

L'acier inoxydable martensitique a une structure cristalline tétragonale centrée sur le corps (BCT). Son principal composé est le chrome (10,5%-18%), mais ce type d'acier inoxydable contient des quantités plus importantes de carbone, et ses propriétés mécaniques peuvent être ajustées par des processus de traitement thermique tels que la trempe et le revenu. L'acier inoxydable martensitique est divisé en acier martensitique à faible teneur en carbone (0,05-0,25% de carbone) et en acier martensitique à forte teneur en carbone (0,61-1,20% de carbone). L'acier martensitique à faible teneur en carbone offre une meilleure résistance à la corrosion, tandis que l'acier martensitique à forte teneur en carbone est plus résistant mais plus fragile.

Le schéma suivant illustre les principales catégories d'alliages d'acier inoxydable martensitique.

Propriétés de l'acier inoxydable martensitique

Magnétisme. De nombreux types d'acier martensitique sont magnétiques. Cela est dû à la teneur en fer, qui confère à la structure moléculaire cristalline des propriétés magnétiques. Si le magnétisme facilite la classification du métal, il complique le soudage et d'autres processus de fabrication. L'acier martensitique reste magnétique, qu'il soit à l'état recuit ou trempé.

Haute résistance. La dureté dépend principalement de la teneur en carbone de la martensite. La dureté augmente avec la teneur en carbone et atteint presque son maximum après la trempe lorsque la teneur en carbone est d'environ 0,6%.

Mauvaise résistance à la corrosion. La raison en est que l'acier inoxydable martensitique contient moins de chrome et de nickel. Bien qu'il soit résistant à la corrosion, l'acier inoxydable martensitique est moins résistant dans les environnements difficiles que son homologue austénitique.

Réglable par traitement thermique. La trempe peut augmenter la dureté, tandis que le revenu réduit la fragilité et améliore la ténacité. En contrôlant la température et la durée du traitement thermique, les fabricants peuvent adapter la résistance, la dureté et la ténacité de l'acier.

Qu'est-ce que l'acier inoxydable ferritique ?

Lorsque le carbone se dissout dans le δ-Fe, on parle de ferrite. Elle a une structure cubique centrée sur le corps. Sa solubilité dans le carbone est très faible, seulement 0,0008% à température ambiante, et la solubilité maximale du carbone est de 0,02% à 727 °C.

L'acier inoxydable ferritique a une structure cristalline cubique centrée (BCC). Il a une teneur élevée en chrome, allant de 11% à 27%, mais contient peu ou pas de nickel et une faible teneur en carbone (environ 0,03%).

Le schéma suivant illustre les principales catégories d'alliage de l'acier inoxydable ferritique.

Propriétés de l'acier inoxydable ferritique

Magnétique. Parmi les alliages composites, le chrome (Cr) est le composant qui rend l'acier inoxydable magnétique. En revanche, le nickel (Ni) inhibe la production de ce magnétisme. L'acier inoxydable ferritique contient du chrome comme principal composant de l'alliage et ne contient pas de nickel, il est donc magnétique.

Bonne résistance à la corrosion. L'acier inoxydable ferritique contient une grande quantité de chrome, qui peut former une couche d'oxyde protectrice à la surface pour empêcher la corrosion. Toutefois, sa résistance à la corrosion n'est pas aussi bonne que celle de l'acier inoxydable austénitique. L'acier ferritique ayant une structure cubique centrée (BCC), sa capacité de résistance à la corrosion est légèrement supérieure à la structure FCC de l'acier austénitique.

Mauvaise soudabilité. Les aciers inoxydables ferritiques ont une conductivité thermique plus élevée. Cela signifie qu'ils dissipent la chaleur plus efficacement et qu'il peut être difficile de maintenir la chaleur nécessaire au soudage. En outre, les aciers inoxydables ferritiques présentent une ductilité réduite à basse température, et le processus de soudage implique un chauffage et un refroidissement localisés. Ces fluctuations de température peuvent fragiliser le joint soudé et réduire la ténacité.

Comparaison : Austenite vs Martensite vs Ferrite

Enfin, nous allons utiliser un tableau pour montrer les différences entre l'acier inoxydable ferritique, martensitique et austénitique.