aciers au bore

DEFINITION
L'acier au bore est un terme général pour désigner une famille d'aciers de bas alliage de bonification.
L'étude de ces aciers a démarré au cours de la deuxième guerre mondiale et a connu une impulsion remarquable pendant les années cinquante, au moment de la crise - dérivée de la guerre - liée à la difficulté de trouver des éléments de qualité, ce qui fit nécessaire de trouver des éléments en alternative aux liants plus coûteux.
Au terme d'une longue phase expérimentale, les aciers au bore ne s'affirment que vers les années 70/80 avec l'apparition de la technologie sidérurgique avancée et occupent aujourd'hui une place importante sur le marché des aciers de bonification.

DOMAINES D'APPLICATION
Les domaines d'application, très divers, sont liés à la caractéristique spécifique du Bore qui, ajouté en petites proportions (ces aciers sont d'ailleurs appelés " microalliés au bore"), permet d'augmenter considérablement l'aptitude à la trempe des aciers au carbone de bas alliage avec une hausse modérée des coûts de fabrication.
En général, les aciers au bore sont utilisés dans les mêmes domaines que les aciers de bonification, pour les ressorts (notamment au silicium) et, dans une moindre mesure, de cémentation.
Outre le domaine de la visserie, ils sont largement utilisés dans les tracteurs aussi bien dans les parties sujettes à usure (semelles de chenille et dents pour excavateurs) que pour les organes mécaniques.
Dans l'industrie liée à l'agriculture, il a remplacé en grande partie les houes et autres parties en acier au silicium en raison des avantages écologiques importantes de la trempe à l'eau au lieu de l'huile.
Dans la fabrication de fourches pour chariots élévateurs, l'acier au bore a démontré sa flexibilité et son adaptabilité.
En conclusion, la définition de l'acier au bore comme un acier alternatif est devenue aujourd'hui absolument limitative; cette catégorie d'aciers possède des qualités spécifiques, une technologie de fabrication éprouvée, une large flexibilité et une grande fiabilité d'emploi.

CONDITIONS D'UTILISATION
Etant donné que le domaine d'utilisation le plus développé est celui des aciers de bonification, les considérations générales valables pour ces derniers s'appliquent également aux aciers au bore.
Les meilleures conditions d'utilisation sont donc l'emploi sous la forme "traitée thermiquement" et en particulier à l'état trempé et revenu.

EFFET BORE
Le bore ajouté en petites proportions (en général 10 - 50 ppm) a la faculté d'accroître l'aptitude à la trempe par rapport à un acier ayant la même composition chimique mais sans bore.
L'efficacité du bore sur l'aptitude à la trempe peut être évaluée selon la méthode de GROSSMAN décrite par la norme ASTM A255-89.
En termes généraux, en suivant le schéma de Grossman indiquant par D.I. le diamètre idéal d'une barre en acier qui présentera une structure avec 50% de martensite au coeur après une trempe optimale (idéale), on définit F.B. - facteur bore - le rapport:

L'efficacité du bore augmente d'autant plus que l'acier de base est pauvre; c'est à dire que F.B. est inversement proportionnel à la teneur en carbone et aux éléments d'alliage.
Pour un acier de type 30MCB5, on aura un F.B. = 1.7 min.
L'efficacité de l'élément bore se traduit par l'action de la partie de bore non combinée (bore soluble) avec les gaz dissous dans l'acier (principalement l'azote et l'oxygène).
La technologie de fabrication prévoit l'utilisation d'agents spécifiques de blocage de N2 et O2, précisément le Titane et l'Aluminium.
Ils seront donc présents, dans cette famille d'aciers, avec des teneurs minimes, en général de l'ordre de 0.030% en poids.

CARACTERISTIQUES D'USINABILITE MECANIQUES
A l'état naturel de laminage, les caractéristiques de dureté ne s'écartent pas de façon significative de celles de l'acier de base correspondant.
L'acier 30MCB5 à l'état naturel de laminage a des valeurs de résistance d'environ R = 650 - 700 Nmm², alors qu'à l'état trempé et revenu(T.H20 B 60°C + R 550°C), cette valeur est d'environ R = ~ 900 N/mm² (ref. Ø 40 mm).
Pour des revenus plus faibles (autour de 220°C), on atteint des valeurs de R = ~ 1500 / 1700 N/mm² (Ø 40 mm).

CARACTERISTIQUES DE TENACITE

Les aciers au bore de bonification présentent une excellente résistance à la rupture fragile. A l'état trempé et revenu, le 30 MCB5 a une résilience (KV) amplement supérieure à 27J même à -20°C (sur matériel trempé et revenu avec revenu à 600°C environ). En cas de revenu à des températures plus basses, la même valeur de résilience est garantie à la température de + 20°C.

CARACTERISTIQUES D'APTITUDE AU SOUDAGE
La soudabilité est à peu près équivalente à celle de l'acier de base correspondant.

FORGEAGE ET TRAITEMENT THERMIQUE
La température de forgeage doit être comprise entre 900 et 1200 °C. La période de pause après avoir porté la matériau à la température doit être le plus brève possible afin d'éviter que le bore présent perde son efficacité. Dans la plupart des cas, la trempe peut être effectuée avec la chaleur de forgeage et le moyen de trempe (normalement de l'eau) doit avoir une température constante.
Le choix de la température de revenu dépend des caractéristiques mécaniques souhaitées: entre 180 et 220°C, on obtient des valeurs de résistance plus élevées; avec des températures de 450 - 550 °C, on améliore nettement les caractéristiques de ténacité au détriment des valeurs de résistance, qui seront inférieures.

RECUIT D'USINABILITE
L'acier au bore présente déjà, naturellement, une bonne usinabilité à froid; il est donc rare qu'il ait besoin de recuit. En cas de moulages à froid spéciaux et difficiles, un traitement de recuit de 6/8 heures environ permettra de donner à l'acier une dureté de 150 HB environ.

CONCLUSION
L'acier au bore est la solution idéale pour obtenir un produit de haute qualité à un prix relativement bas.