Acier inoxydable austénitique – Densité – Résistance – Dureté – Point de fusion

À propos de l’acier inoxydable austénitique – Type 304

L’acier inoxydable de type 304 (contenant 18 % à 20 % de chrome et 8 % à 10,5 % de nickel) est l’acier inoxydable le plus courant. Il est également appelé acier inoxydable « 18/8 » en raison de sa composition qui comprend 18 % de chrome et 8 % de nickel. Cet alliage résiste à la plupart des types de corrosion. C’est un acier inoxydable austénitique et il possède également d’excellentes propriétés cryogéniques, une bonne résistance à haute température ainsi que de bonnes propriétés de formage et de soudage. Il est moins conducteur électriquement et thermiquement que l’acier au carbone et est essentiellement non magnétique.

L’acier inoxydable de type 304L, largement utilisé dans l’industrie nucléaire, est une version à très faible teneur en carbone de l’alliage d’acier 304. Cette nuance a des propriétés mécaniques légèrement inférieures à la nuance standard 304, mais reste largement utilisée grâce à sa polyvalence. La faible teneur en carbone du 304L minimise les précipitations de carbure délétères ou nocives résultant du soudage. Le 304L peut donc être utilisé « tel que soudé » dans des environnements à corrosion sévère, et il élimine le besoin de recuit. Le grade 304 a également une bonne résistance à l’oxydation en service intermittent jusqu’à 870 °C et en service continu jusqu’à 925 °C.

Le corps de la cuve du réacteur est construit en acier au carbone faiblement allié de haute qualité et toutes les surfaces qui entrent en contact avec le fluide de refroidissement du réacteur sont revêtues d’un minimum d’environ 3 à 10 mm d’ acier inoxydable austénitique afin de minimiser la corrosion. Étant donné que la nuance 304L ne nécessite pas de recuit après soudage, elle est largement utilisée dans les composants de gros calibre.

Résumé

Nom	Acier inoxydable austénitique
Phase à STP	solide
Densité	7850kg/m3
Résistance à la traction ultime	515 MPa
Limite d’élasticité	205 MPa
Module de Young	193 GPa
Dureté Brinell	201 BHN
Point de fusion	1450°C
Conductibilité thermique	20W/mK
Capacité thermique	500 J/g·K
Prix	2 $/kg

Densité de l’acier inoxydable austénitique

Les densités typiques de diverses substances sont à la pression atmosphérique. La densité  est définie comme la  masse par unité de volume. C’est une  propriété intensive, qui est définie mathématiquement comme la masse divisée par le volume:  ρ = m/V

En d’autres termes, la densité (ρ) d’une substance est la masse totale (m) de cette substance divisée par le volume total (V) occupé par cette substance. L’unité SI standard est le kilogramme par mètre cube (kg/m³). L’unité anglaise standard est la masse de livres par pied cube (lbm/ft³).

La densité de l’acier inoxydable austénitique est de 7850 kg/m³.

Exemple: Densité

Calculez la hauteur d’un cube en acier inoxydable austénitique, qui pèse une tonne métrique.

Solution:

La densité  est définie comme la  masse par unité de volume. Il est mathématiquement défini comme la masse divisée par le volume: ρ = m/V

Comme le volume d’un cube est la troisième puissance de ses côtés (V = a³), la hauteur de ce cube peut être calculée:

La hauteur de ce cube est alors a = 0,503 m.

Propriétés mécaniques de l’acier inoxydable austénitique

Résistance de l’acier inoxydable austénitique

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine.

La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. En cas de contrainte de traction d’une barre uniforme (courbe contrainte-déformation), la  loi de Hooke décrit le comportement d’une barre dans la région élastique. Le module d’élasticité de Youngest le module d’élasticité pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime de l’acier inoxydable austénitique

La résistance à la traction ultime de l’acier inoxydable austénitique est de 280 MPa.

Limite d’élasticité de l’acier inoxydable austénitique

La limite d’élasticité de l’acier inoxydable austénitique  est de 145 MPa.

Module de Young de l’acier inoxydable austénitique

Le module de Young de l’acier inoxydable austénitique est de 45 GPa.

Dureté de l’acier inoxydable austénitique

En science des matériaux, la  dureté  est la capacité à résister à  l’indentation de surface  (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un  pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

L’ indice de dureté Brinell (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation:

La dureté Brinell de l’acier inoxydable austénitique est d’environ 70 BHN (converti).

Voir aussi: Dureté des matériaux

Exemple: Force

Supposons une tige en plastique, qui est faite d’acier inoxydable austénitique. Cette tige en plastique a une section transversale de 1 cm ² . Calculez la force de traction nécessaire pour atteindre la résistance ultime à la traction de ce matériau, soit : UTS = 280 MPa.

Solution:

La contrainte (σ) peut être assimilée à la charge par unité de surface ou à la force (F) appliquée par section transversale (A) perpendiculaire à la force comme suit:

par conséquent, la force de traction nécessaire pour atteindre la résistance à la traction ultime est:

F = UTS x A = 280 x 10 ⁶ x 0,0001 = 28 000 N

Propriétés thermiques de l’acier inoxydable austénitique

Acier inoxydable austénitique – Point de fusion

Le point de fusion de l’acier inoxydable austénitique est de 550 à 640 °C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la  fusion est un changement de phase d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le  point de fusion  d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le point de fusion définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.

Acier inoxydable austénitique – Conductivité thermique

La conductibilité thermique de l’acier inoxydable austénitique est de 116 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductibilité thermique, k (ou λ), mesurée en  W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par  conduction. Notez que  la loi de Fourier  s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

La conductibilité thermique de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire  k = k (T). Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.

Acier inoxydable austénitique – Chaleur spécifique

La chaleur spécifique de l’acier inoxydable austénitique est de 900  J/g K.

La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique, est une propriété liée à l’énergie interne  très importante en thermodynamique. Les  propriétés intensives c_v et c_p sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’  énergie interne  u(T, v)  et de  l’ enthalpie  h(T, p), respectivement: 

où les indices  v et p désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés c_v et c_p sont appelées chaleurs spécifiques  (ou  capacités calorifiques ) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont  J/kg K  ou  J/mol K.