Qu'est-ce que l'acier 5160
Acier 5160 est l'un des matériaux de fabrication les plus importants utilisés dans l'industrie moderne. C'est un métal fabriqué en alliageant le fer avec du carbone et d'autres éléments traces, où ces ajouts confèrent à l'acier une résistance, une durabilité et une dureté accrues.
L'acier peut être fabriqué de plusieurs manières différentes, et ainsi différents types d'aciers ont été classés en fonction de leur composition (pour mieux comprendre les différences entre les aciers, lisez notre article sur les types d'aciers). L'Institut Américain du Fer et de l'Acier (AISI) et la Société des Ingénieurs de l'Automobile (SAE) ont développé un système de dénomination conjoint pour différents alliages, qui décrit la composition chimique et les caractéristiques générales de chaque acier. Cet article explorera les propriétés, la résistance et les utilisations de l'acier 5160, un acier à ressorts à faible alliage à haute résistance, exceptionnellement résilient et robuste. En explorant ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques, cet article espère montrer aux lecteurs quand choisir l'acier 5160 plutôt que d'autres alliages moins adaptés pour leur projet.
Propriétés physiques de l'acier 5160
Il est important de comprendre le système de dénomination pour l'acier et ses alliages, car le nom révèle beaucoup sur la composition de chaque alliage. Tout comme l'aluminium, l'acier est nommé à l'aide d'un identifiant à quatre chiffres, mais contrairement à l'aluminium, chaque chiffre contient des informations importantes concernant le pourcentage de carbone et les éléments d'alliage associés dans l'alliage d'acier. Notez également qu'il existe des discontinuités entre les systèmes de dénomination AISI et SAE, mais ils se chevauchent généralement en termes de noms d'alliages et seront traités comme une seule entité de dénomination dans cet article (index de dénomination AISI/SAE).
Le premier chiffre de la nomenclature de l'alliage d'acier représente la classe de l'alliage. Dans le cas de l'acier 5160, le 5 représente les alliages d'acier utilisant le chrome comme principal élément d'alliage. Le deuxième chiffre représente la concentration de l'élément d'alliage mentionné ci-dessus ; l'acier 5160 est donc composé de 1% de chrome en masse. Les deux derniers chiffres représentent la concentration spécifique de carbone, indiquant que l'alliage contient 0.XX % de carbone. Pour l'acier 5160, cela signifie que la concentration en carbone est de 0.60%, ce qui en fait un acier à carbone moyen à élevé. Notez que ce n'est pas une analyse exhaustive, et pour être considéré comme de l'acier 5160, le matériau doit également respecter les tolérances de concentration pour les autres éléments comme indiqué ci-dessous :
0.75-1% de manganèse
0.035% de phosphore
≤ 0.15-0.3% de silicium
≤ 0.04% de soufre
L'acier 5160 est exceptionnellement dur et résilient. Il présente un haut niveau de résistance à la fatigue, une grande ductilité, et possède de bonnes qualités de ressort utiles pour des applications où la flexibilité est souhaitée. Il fait donc partie des « aciers à ressorts », qui représentent ces alliages à la fois flexibles mais ayant suffisamment de résistance pour revenir à leur forme initiale après déformation. Bien qu'il ne soit pas facilement soudable ou usinable, l'acier 5160 peut être traité thermiquement, recuit, et façonné à chaud. Il a une densité de 7,85 g/cm3 (0,284 lb/in3).
Faiblesse face à la corrosion
l'acier 5160 se raye facilement, ce qui est un effet secondaire malheureux que la plupart des aciers présentent. L'oxygène dans l'air et dans l'eau attaque les molécules de fer dans l'acier et forme de l'oxyde de fer, aussi appelé rouille, qui peut introduire des fissures et des points faibles dans l'acier. Le chrome est ajouté pour aider à prévenir cette rouille, mais il n'y en a pas assez en masse pour empêcher complètement la dégradation. Tout dommage caustique affaiblira l'acier 5160, il est donc important de considérer le risque de rouille pour votre projet lors de l'utilisation de ce métal.
Propriétés mécaniques
Tableau 1 : Résumé des propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium 6063.
| Propriétés mécaniques | Valeur métrique | Valeur en anglais |
| Résistance à la traction ultime | 958 MPa | 139000 psi |
| Limite d'élasticité à la traction | 530 MPa | 76900 psi |
| Module de compression | 160 GPa | 23200 ksi |
| Module d'élasticité | 205 GPa | 29700 ksi |
| Module de cisaillement | 80,0 GPa | 11600 ksi |
Ce qui est montré ci-dessus fournit quelques valeurs mécaniques de base de l'acier 5160. Cette section explorera brièvement chaque valeur et sa pertinence pour les caractéristiques de fonctionnement de ce matériau très utile.
La résistance à la traction ultime et la limite d'élasticité à la traction sont des valeurs qui décrivent la réponse d'un matériau lorsqu'il est soumis à une tension. La limite d'élasticité décrit la force de traction maximale qui ne déformera pas de façon permanente un échantillon d'acier, et la résistance ultime est la force de traction maximale avant la rupture (fracture/crack). L'acier 5160 est extrêmement résistant en traction, avec des valeurs bien supérieures à celles du aluminium le plus fort (pour comparaison, l'aluminium 7075, un alliage d'aluminium considérablement robuste, a une limite d'élasticité ultime de 572 MPa / 503 MPa, respectivement). Ces résistances expliquent pourquoi cet acier est un acier à ressort redoutable, car il peut supporter des chocs avant de se déformer de façon permanente.
Le module de compression décrit la résistance d'un matériau à la compression uniforme – en d'autres termes, la difficulté à réduire le volume d'un objet sous charge axiale. Le module de compression de l'acier 5160 est de 160 GPa, ce qui signifie qu'il est presque 80 fois plus difficile à comprimer que l'eau liquide (le module de compression de l'eau est de 2,15 GPa). Cela montre encore une fois pourquoi l'acier 5160 est parfait comme acier à ressort ; les suspensions automobiles sont souvent en compression constante et ne doivent pas fléchir sous une force de compression constante.
De même, à la fois, les modules de cisaillement et d'élasticité montrent la résilience d'un matériau face aux contraintes de cisaillement et élastiques, respectivement. Ils donnent une bonne indication de la ténacité globale d'un matériau, ainsi que des contraintes auxquelles le matériau est susceptible de céder. L'acier 5160 n'a pas à s'inquiéter de nombreuses faiblesses, car ses modules de cisaillement et d'élasticité sont impressionnamment élevés. Il est intéressant de noter que la machinabilité et la capacité de travail d'un matériau sont souvent inversement proportionnelles à ces deux mesures, car un acier plus robuste et résilient peut encrasser les machines-outils et causer plus de difficultés aux machinistes.
Applications de l'acier 5160
L'acier 5160, comme décrit précédemment, est un acier à ressort idéal. Sa résistance importante est souvent utilisée dans des applications avec des sections transversales plus petites sous contrainte importante, telles que les ressorts, les fixations et les ressorts à lames dans les suspensions automobiles. Il est disponible sous forme de barres et de tubes auprès des fournisseurs et peut être utilisé pour créer des composants exceptionnellement solides, à condition de disposer des outils pour le traiter. L'acier 5160 est également utilisé pour fabriquer des grattoirs et des pare-chocs, et peut faire un tranchant de couteau à la fois durable et flexible. Si la ductilité, la ténacité et la résilience sont nécessaires, envisagez de demander à votre fournisseur de l'acier 5160.
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