Inox est l'un des matériaux les plus utilisés en ingénierie et en technologie, en raison de son excellente combinaison de résistance, de résistance à la corrosion et d'esthétique. Cependant, les aciers inoxydables conventionnels présentent certaines limites, telles qu'une faible ténacité, une mauvaise soudabilité et un coût élevé. Pour remédier à ces inconvénients, une nouvelle classe d’acier inoxydable, appelée acier inoxydable duplex (DSS), a été développée dans les années 1970.
Parmi les différentes qualités d’acier inoxydable duplex, le 2205 est la plus utilisée et la plus étudiée. Il a une composition nominale de 22 % de Cr, 5 % de Ni, 3 % de Mo et 0.15 % de N.
Compositions chimiques de l'acier inoxydable duplex 2205
Les compositions chimiques de l'acier inoxydable duplex 2205 sont cruciales pour déterminer ses propriétés et ses performances. Les principaux éléments qui constituent l'acier inoxydable duplex 2205 sont le chrome (Cr), le nickel (Ni), le molybdène (Mo) et l'azote (N).
Compositions chimiques | Contenu |
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Cr | 22 to 23 % | Responsable de la formation de phase ferrite et d’une résistance améliorée à la corrosion. |
Ni | 4.5 to 6.5 % | Responsable de la formation de la phase austénitique et de l’amélioration de la ductilité et de la ténacité. |
Mo | 3 to 3.5 % | Aide à améliorer la résistance aux piqûres et à la corrosion caverneuse. |
N | 0.14 to 0.2 % | Responsable de la stabilisation de la phase austénitique et de l’augmentation de la résistance à la corrosion par piqûres et fissures. |
C | 0.03 % | Ces éléments ont des effets mineurs ou négatifs sur les propriétés et les performances de l'acier inoxydable duplex 2205. Par conséquent, leur teneur doit être maintenue aussi faible que possible. |
Mn | 2% | |
Si | 1% | |
P | 0.03 % | |
S | 0.02 % | |
Cu | 0.5 % |
Il existe différentes nuances d'acier inoxydable duplex 2205, telles que le S31803 et S32205Ces deux nuances présentent des compositions chimiques légèrement différentes. La principale différence réside dans leur teneur en azote. L'acier S31803 contient moins d'azote que l'acier S32205, ce qui explique sa moindre résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse. En revanche, sa teneur en ferrite est supérieure, ce qui lui confère une résistance et une dureté plus élevées.
Propriétés mécaniques de l'acier inoxydable duplex 2205
Les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable duplex 2205 comptent parmi les caractéristiques les plus attrayantes de ce matériau, car elles surpassent celles de l'acier inoxydable conventionnel et d'autres alliages. Les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable duplex 2205 comprennent la résistance, la ductilité, la dureté, la fatigue et la ténacité.
- Solidité
La résistance est la capacité d’un matériau à résister à la déformation et à la rupture sous l’effet de forces appliquées.
La limite d'élasticité de l'acier inoxydable duplex 2205 est environ deux fois supérieure à celle des aciers inoxydables austénitiques et comparable à celle des aciers faiblement alliés à haute résistance.
La résistance à la traction de l'acier inoxydable duplex 2205 est également supérieure à celle de l'acier inoxydable austénitique et similaire à celle de l'acier inoxydable durci par précipitation.
- Ductilité
La ductilité est la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se briser ni se fissurer.
L'acier inoxydable duplex 2205 présente une bonne ductilité, due à la présence de la phase austénitique, qui assure la déformation plastique et l'écrouissage.
L'allongement et la réduction de surface de l'acier inoxydable duplex 2205 sont supérieurs à ceux des aciers inoxydables ferritiques et inférieurs à ceux des aciers inoxydables austénitiques.
- Dureté
La dureté est la résistance d'un matériau à l'indentation ou à l'abrasion.
La dureté de l'acier inoxydable duplex 2205 est supérieure à celle de l'acier inoxydable austénitique et inférieure à celle de l'acier inoxydable martensitique. La dureté de l'acier inoxydable duplex 2205 peut être augmentée par le travail à froid ou le vieillissement, mais cela peut réduire la ductilité et la résistance à la corrosion.
- Fatigue
La ténacité est la capacité d’un matériau à résister à la propagation des fissures et à la rupture sous contrainte.
L'acier inoxydable duplex 2205 présente une résistance élevée à la fatigue, grâce à la combinaison équilibrée de phases ferrite et austénite, qui offrent un bon équilibre entre résistance et ténacité. La résistance à la fatigue de l'acier inoxydable duplex 2205 est supérieure à celle de l'acier inoxydable austénitique et inférieure à celle de l'acier inoxydable ferritique.
- La ténacité à la rupture
La ténacité est la capacité d’un matériau à résister à la propagation des fissures et à la rupture sous contrainte.
L'acier inoxydable duplex 2205 a une ténacité élevée, en raison de la présence de la phase austénitique, qui assure une rupture ductile et une absorption d'énergie. La ténacité à la rupture de l'acier inoxydable duplex 2205 est supérieure à celle de l'acier inoxydable ferritique et inférieure à celle de l'acier inoxydable austénitique.
Processus de moulage duplex en acier inoxydable 2205
Le processus de coulée de l'acier inoxydable duplex 2205 est une méthode de production de composants de forme presque nette en versant du métal en fusion dans un moule et en le laissant se solidifier dans la forme souhaitée.
- Fabrication de moules : Le moule est la cavité qui définit la forme et la taille de la pièce moulée.
- Faire fondre et verser : Le processus de fusion et de coulée consiste à chauffer l'acier inoxydable duplex 2205 à l'état liquide et à le transférer dans le moule.
- Solidification et refroidissement : Le processus de solidification et de refroidissement implique la transformation du métal liquide en métal solide au sein du moule.
- Démoulage et nettoyage : Le processus de démoulage et de nettoyage consiste à retirer la pièce moulée du moule et à éliminer l'excès de métal, de sable, de céramique ou de plâtre de la pièce moulée.
- Inspection et test: Le processus d'inspection et de test consiste à vérifier la qualité et les performances de la pièce moulée par rapport aux spécifications et aux normes.
Le processus de coulée de l'acier inoxydable duplex 2205 pose également certains défis et solutions, tels que :
- Craquage à chaud : La fissuration à chaud est la formation de fissures dans la pièce moulée pendant ou peu après la solidification, en raison de la contrainte thermique, de la ségrégation ou de la transformation de phase du métal.
- Solution: La fissuration à chaud peut être évitée ou réduite en optimisant la conception du moule, la géométrie de coulée, la température de coulée, la vitesse de refroidissement et la composition chimique du métal.
- Transformation de phases : La transformation de phase est le changement des phases ferrite et austénite dans la pièce moulée pendant ou après la solidification, en raison de la température, de la composition ou de la déformation du métal.
- Ségrégation: La ségrégation est la répartition inégale des éléments d'alliage dans la pièce moulée, en raison de la solubilité, de la diffusivité ou de la densité différentes des éléments dans le métal liquide ou solide.
Avantages du moulage duplex en acier inoxydable 2205
Le moulage duplex en acier inoxydable 2205 est une méthode de fabrication supérieure à d'autres méthodes, telles que le forgeage, le laminage et l'usinage.
- Production de formes quasi nette
Le moulage duplex en acier inoxydable 2205 peut produire des composants complexes et de grande taille avec un minimum de déchets de matériaux et d'usinage. Par exemple, une étude réalisée par l'American Foundry Society a montré que le moulage d'un corps de vanne à partir de duplex en acier inoxydable 2205 économisé 40% de matière et 30% de temps d'usinage par rapport au forgeage.
- Hautes performances et résistance à la corrosion
Le moulage duplex en acier inoxydable 2205 peut obtenir une microstructure équilibrée de ferrite et d'austénite, qui offre une résistance, une ductilité, une dureté, une résistance à la fatigue et une ténacité élevées.
Le moulage duplex en acier inoxydable 2205 peut également résister à divers types de corrosion, tels que les piqûres, les crevasses, la fissuration par corrosion sous contrainte et la corrosion générale, en raison de la teneur élevée en chrome, molybdène et azote. Ces propriétés rendent le moulage duplex en acier inoxydable 2205 adapté aux applications exigeantes, telles que les industries pétrolières et gazières, chimiques et maritimes.
- Avantages environnementaux, économiques et sociaux
Le moulage duplex en acier inoxydable 2205 peut réduire les émissions de gaz à effet de serre, la consommation de ressources et l'impact environnemental du processus de fabrication, par rapport à d'autres méthodes.
Applications des moulages 2205 DSS
- Aérospatial:Train d'atterrissage, pièces de moteur et éléments structurels.
- Automobile:Systèmes d'échappement, turbocompresseurs et injecteurs de carburant.
- Biomédical :Implants, prothèses et instruments chirurgicaux.
- Construction: Ponts, tours et pipelines.
- Valves
- industrielle
- Turbine
- Installations
Conclusion
L'acier inoxydable duplex 2205 est un alliage d'acier inoxydable duplex de qualité avancée. Il présente également une bonne résistance à la fatigue et une excellente résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte, aux crevasses, aux piqûres, à l'érosion et à la corrosion générale dans des environnements difficiles.
