Acier rapide

L’appellation acier rapide (AR) ou acier rapide supérieur (ARS) (en anglais, high speed steel ou HSS) désigne les aciers à outils ayant la capacité de conserver leur trempe à haute température. Ils sont notamment employés pour la découpe à haute vitesse (foret…), d'où le terme « rapide », que l'on retrouve dans la désignation en anglais : high speed steel, abrégé HSS.

Les aciers rapides sont généralement utilisés pour leurs propriétés de dureté élevées (> 60 HRC) et leur niveau de ténacité acceptable (propriété d'un matériau à résister à la propagation de fissures). Ils présentent en général une forte résistance à l'usure du fait de leur fort alliage et de la présence significative d'éléments producteurs de carbures durs tels que le tungstène et le vanadium.

Histoire

En 1899 et 1900, Frederick Winslow Taylor et Maunsel White commencent une série d'expériences pour augmenter la dureté des aciers à outils auto-trempants. Ils constatent que certains aciers préalablement chauffés à une température proche de leur point de fusion donnent un métal plus dur. La dureté est en outre conservée à haute température, jusqu'à ce que le métal soit chauffé au rouge [note 1]. Ces aciers auto-trempants sont les premiers aciers à coupe rapide[1].

La production des premiers aciers rapides modernes commence aux États-Unis en 1910 (acier T1 -norme AISI-). Ces aciers se caractérisaient par une teneur importante en tungstène.

Dans les années 1930 sont introduits des aciers rapides à base de molybdène (nuance la plus commune M2 -norme AISI-) d'un coût inférieur à celui des aciers rapides au tungstène (du fait du coût de ce dernier élément).

Ces normes d'aciers restent utilisées de nos jours, les aciers rapides au molybdène restant les plus courants.

Désignation normalisée

D'après la norme ISO 4957 et la norme française NF A 35-573/4, on peut citer quelques nuances courantes d'aciers rapides :

EN HS6-5-2C (1.3343), NF Z90WDCV 06-05-04-02, AISI M2, également appelé « acier super rapide » ; HSS-R
NF Z85WDKCV 06-05-05-04-02 (1.3243), AISI M35, acier super rapide à 5 % de cobalt, également appelé HSS-E Co 5 ;
EN HS2-9-1-8 (1.3247), NF Z110DKCWV 09-08-04-02-01, AISI M42, acier super rapide à 8 % de cobalt, HSS-E Co8 ;
EN HS6-5-4 (1.3351), NF Z130WDCV 06-05-04-04, AISI M4, acier super rapide surcarburé au vanadium, également appelé HSS-E.

Selon la norme européenne EN 10027, ces nuances d'acier rapide sont désignées par les lettres HS suivies, dans l'ordre, des teneurs en % massique de tungstène, molybdène, vanadium et cobalt.

Appellation française ARS ou bien ARES (acier rapide supérieur).

Revêtements

Divers revêtements déposés sur les aciers rapides peuvent améliorer leur tenue ainsi que leur qualité d'usinage.

Revêtement TiN

Il s'agit d'un dépôt physique d'une couche de nitrure de titane sur les parties actives de l'outil. Ce dépôt se fait sous vide au procédé PVD (Dépôt physique par phase vapeur), à une température de 500 °C. On obtient ainsi une couche d'une grande dureté (2 300 HV) dont l'épaisseur est comprise entre 2 et 4 microns. La couleur caractérisant le revêtement TIN est le jaune or.

Intérêt :

Amélioration de l'état de surface de la pièce usinée ;
Augmentation possible de la vitesse de coupe et de l'avance ;
Accroissement de la durée de vie de l'outil ;
Meilleure résistance à l'abrasion et à la corrosion ;
Diminution du collage des copeaux à froid.

Revêtement TiCN

Dépôt physique d'une couche de carbonitrure de titane par le même procédé que le revêtement TIN (procédé PVD). La dureté du revêtement est extrêmement élevée (3 000 HV) pour une épaisseur de revêtement de 2 à 3 microns. La couleur gris mauve/gris bleu caractérise ce revêtement.

Intérêt :

Accroissement important de la durée de vie de l'outil ;
Coefficient de frottement et échauffement nettement diminués ;
Très grande résistance à l'usure sur la dépouille des arêtes ;
Augmentation considérable des conditions de coupe qui entraîne une meilleure productivité et permet d'optimiser l'utilisation des machines ;

L'utilisation des outils revêtus TiCN est généralement associée à l'usinage des aciers à haute résistance, des aciers abrasifs ou des fontes, ainsi que les cuivres et de ses alliages.

Autres revêtements

Revêtement CrN

Dépôt physique de nitrure de chrome, de couleur gris acier-chrome, dureté de 1 750 HV, d'épaisseur de 2 à 3 microns. Ce revêtement est destiné à l'usinage des alliages réfractaires base nickel ou cobalt, ainsi que les aciers inox réfractaires.

Revêtement CrC

Dépôt physique de carbure de chrome de couleur gris-argent, dureté 1 850 HV, d'épaisseur de 2 à 3 microns. Ce revêtement est réservé à l'usinage du titane et ses alliages.

Notes et références

Notes

C'est-à-dire vers 900 °C

Références

(en) Erik Oberg et Franklin Day Jones, Iron and steel : A treatise on the smelting, refining, and mechanical processes of the iron and steel industry, including the chemical and physical characteristics of wrought iron, carbon, high-speed and alloy steels, cast iron, and steel castings, and the application of these materials in the machine and tool construction, New York, The Industrial Press, 1918, 328 p. (lire en ligne), p. 278–279

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