| Analyse chimique | |
|---|---|
| C% | Carbone 0,48 – 0.53 |
| Mn% | Manganèse 0,75 – 1,00 |
| P% | Phosphore 0,035 max |
| S% | Soufre 0.040 max |
| Si% | Silicium 0,20 – 0,35 |
| Cr% | Chrome 0,80 – 1,10 |
| Mo% | Molybdène 0.15 – 0,25 |
Caractéristiques générales de l’acier allié 4150
La nuance AISI ou SAE 4150 est un acier faiblement allié contenant du chrome et du molybdène comme agents de renforcement. Sa composition chimique est la suivante :
Applications
Cet alliage est utilisé comme pièces forgées dans les industries de l’aérospatiale et du pétrole et du gaz, et a une myriade d’utilisations dans les industries de l’automobile, de l’agriculture et de la défense, Les utilisations typiques sont les engrenages, les arbres et les broches forgés,
Forgeage
Cet acier doit être forgé entre 2200 et 1600 º F (1200 et 870 º C.) Plus la température de finition du forgeage est basse, plus la taille des grains sera fine. Cet alliage ne devrait idéalement pas être forgé en dessous de 1600 º F (870 º C) et devrait être refroidi lentement après le forgeage.
Traitement thermique
L’alliage est traité thermiquement pour le rendre apte à l’usinage, et pour répondre aux plages de propriétés mécaniques spécifiées pour ses applications particulières.
Le recuit
Le recuit des pièces forgées en 4150 peut être effectué en transférant la pièce directement de l’opération de forgeage dans un four maintenu à une température appropriée, environ 1500 º F (815 º C), pour le recuit, le maintien pendant un temps approprié puis le refroidissement du four, formant une structure adaptée à l’usinage. Ce type de traitement est utilisé de préférence pour les pièces aux formes simples. Si certaines zones d’une pièce forgée doivent être finies beaucoup plus froides que d’autres, on n’obtiendra pas une structure uniforme, auquel cas on pourra utiliser un recuit de sphéroïdisation à environ 1 380 ºF (750 º C). Il est sûr de dire que seule l’expérience décidera du meilleur type de traitement de recuit à utiliser avant l’usinage.
Normalisation
La normalisation peut être définie comme le chauffage d’un acier à une température supérieure à la plage de transformation de la ferrite en austénite, puis le refroidissement dans l’air à une température bien inférieure à cette plage de transformation. Ce traitement peut être effectué sur des produits forgés ou laminés comme traitement de conditionnement avant le traitement thermique final. La normalisation sert également à affiner la structure des pièces forgées qui peuvent avoir été refroidies de manière non uniforme lors de leur opération de forgeage. La plage de température nominale de normalisation pour la nuance 4150 est de 870 à 925 ºC (1600 à 1700 ºF), suivie d’un refroidissement à l’air. En fait, lorsque les pièces forgées sont normalisées avant, par exemple, la cémentation ou la trempe et le revenu, la gamme supérieure des températures de normalisation est utilisée. Lorsque la normalisation est le traitement thermique final, la gamme inférieure de températures est utilisée.
Durcissement
Ce traitement thermique entraîne la formation de martensite après la trempe et donc une augmentation de la résistance et de la dureté en même temps qu’une perte significative de ductilité. L’acier doit être austénitisé à 1500 à 1550 º F (815 à 845 º C), la température réelle étant fonction de la composition chimique dans la plage autorisée, de la taille de la section et de la méthode de refroidissement. Les petites sections de 4150 pourraient être trempées dans l’huile, les sections plus lourdes dans l’eau.
La trempe est effectuée pour soulager les contraintes du processus de durcissement, mais principalement pour obtenir les propriétés mécaniques requises. La température réelle de revenu sera choisie pour répondre aux propriétés requises, et dans de nombreux cas sera une question d’essais et d’erreurs.
Machinabilité
L’alliage est facilement usinable après recuit. La structure optimale pour l’usinage de cet alliage est normalement celle d’une perlite lamellaire grossière à une sphéroïdite grossière.
Soudabilité
La soudabilité du 4150 est bonne, et l’alliage peut être soudé en utilisant n’importe quelle méthode commerciale. Les pièces doivent être préchauffées avant le soudage à environ 1100 º F (590 º C) et détendues après. Les pièces à l’état trempé et revenu ne doivent pas être soudées car les propriétés mécaniques seront affectées négativement : les pièces ne doivent être soudées qu’à l’état recuit.
Formabilité à froid
Cet alliage peut être formé à froid sur un matériau qui a une structure sphéroïdale. Un traitement thermique supplémentaire, tel que la trempe et le revenu, est effectué, selon les besoins de la pièce finalement formée.
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