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Un certain nombre de normes traitent du choix des aciers pour la fabrication d’éléments de fixations, dont les principales sont :

- NF A 35-557 : Aciers spéciaux aptes aux traitements thermiques pour éléments de fixation à filetage extérieur à hautes performances destinés à la construction mécanique.
- NF EN 10269 : Aciers et alliages de nickel pour éléments de fixation utilisés à température élevée et/ou basse température.
- NF A 35-053 : Fil machine en acier non allié pour fabrications réalisées par formage à chaud ou à froid. Standard néanmoins obsolète depuis 2014.

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Plusieurs aciers sont disponibles pour une même classe de résistance. Le choix d’un acier revient au fabricant et sera déterminé par ses capacités de fabrication et de traitement thermique. Pour les classes de qualité supérieures ou égales à la classe 8.8, le choix de l’acier est imposé par une liste de différentes nuances. Par ailleurs, il est fréquent que sur des plans, un acier soit associé à la classe de résistance souhaitée, ce qui conduit souvent à revoir avec l’utilisateur final le choix de l'acier, dans le cas où la classe de qualité visée ne peut être atteinte. De la même manière, il peut paraître inutile de mentionner ces deux spécifications dans la mesure où la classe de résistance impose d’utiliser un certain type d’acier et que ce dernier paramètre sera fonction du fabricant, sans que ce choix n’altère l’utilisation finale du produit.
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On peut distinguer dans les aciers utilisés en boulonnerie les aciers non-traités, c’est-à-dire dont les performances n’ont pas été obtenues par traitement thermique et les aciers traités, ou un traitement thermique est exigé. Suivant les normes évoquées plus haut, ces aciers doivent avoir des caractéristiques dans les domaines suivants :

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Type d’acier
(Classes de qualité associées)

Composition Chimique

Limite élastique

Résistance à la traction

Allongement

Résilience

Traité

(8.8 à 12.9)

X

X

X

X

X

Non-traité

(4.6 à 6.8)

X

 

X

 

 

 .

Acier pour boulonnerie non-traitée

Les caractéristiques de ces éléments s’obtiennent pendant les opérations de mises en forme, principalement pendant l’opération de frappe à froid. Ils doivent de ce fait permettre aux outils de fabrication une mise en forme aisée qui s’obtient principalement par leurs caractéristiques mécaniques faibles en traction. Les aciers employés sont des aciers doux et mi-doux et l’on portera principalement l’attention sur la teneur en carbone de ces aciers, qui permettra de diminuer le taux d’écrouissage après un traitement de recuit, et de reconférer à l’acier sa ténacité. Les classes de qualité travaillées selon cette méthode vont de la classe 4.6 à la classe 6.8. Plus en détail, apprenez à choisir vos tiges filetées en acier selon leur type de fabication.

La norme NF A 35-053 qui référence les aciers pour la fabrication des vis et écrous des classes 4.6 à 6.8 n’impose à la matière première qu’une valeur de résistance maximale à la traction. Ainsi, elle ne mentionne pas de valeurs seuils pour la limite élastique, l’allongement à rupture et la résilience. Par ailleurs, on peut dire que les compositions chimiques des fils machines restent très sommaires et évoluent principalement sur la teneur en carbone, auquel est directement liée la valeur maximale de résistance mécanique. Ces compositions sont résumées ci-dessous, associées à leur unique performance mécanique exigée :

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Qualités

C % max

P % max

S % max

Mn %

R max MPa

FB 5

≤ 0.06

0.040

0.040

0.20-0.45

420

FB 10

0.08-0.13

0.040

0.040

0.30-0.60

480

FR 10

0.08-0.13

0.040

0.040

0.30-0.60

450

FR 15

0.12-0.17

0.040

0.040

0.40-0.70

490

FR 18

0.15-0.20

0.040

0.040

0.40-0.70

530

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Le cahier des charges imposé par la norme est pour ces aciers relativement succincts. Contrairement aux aciers utilisés pour réaliser les classes de qualité 4.6 et 5.6, où un allongement élevé est exigé, obtenu par un traitement de recuit après mise en forme, les aciers de classes de qualité 4.8, 5.8 et 6.8 ne permettent pas d’obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques qui conduit à les installer dans les assemblages non précontraints.

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Aciers Alliés pour Boulonnerie Haute Résistance

Les performances de ces aciers s’obtiennent par un traitement thermique de type "trempé-revenu". Comme les caractéristiques mécaniques de ces aciers sont élevées, il est préférable de réaliser les opérations de mises en forme avant traitement thermique et de réaliser selon les caractéristiques du produit recherchées un traitement de recuit, si les barres dans leur état de livraison n’ont pas au préalable subit ce traitement. Ces aciers sont réservés aux classes de qualité des vis 8.8, 10.9, 12.9.  Lire le marquage des vis à métaux en acier.

Les barres traitées doivent satisfaire les exigences de traction par des valeurs minimales à atteindre en limite élastique, à la rupture et à l’allongement, mais également de résilience à 20°C. Ces valeurs sont susceptibles d’évoluer en fonction du diamètre initial des barres. Ces valeurs sont rapportées dans les normes NF A 35-557 et NF EN 10269. Pour pouvoir être traité thermiquement, un acier doit être "trempant". La trempabilité de l’acier augmente avec la teneur en éléments d’alliage (Ni, Mo, Cr, V, …), excepté le cobalt, qui la diminue. La composition des aciers traités les plus courants est résumée ci-dessous :   

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Nuances

C

Ni

Cr

Mo

V

R0.002 (MPa)

R (MPa)

A %

KCU à 20 °C

J/cm2

25 CD 4

0.23-0.29

-

0.90-1.20

0.15-0.25

-

800

980-1 180

10

50

34 CD 4

0.31-0.37

-

0.90-1.20

0.15-0.25

-

820

1 080-1 280

10

40

30 CND 8

0.26-0.33

1.80-2.20

1.80-2.20

0.30-0.50

-

950

1 130-1 330

10

50

42 CDV 4

0.36-0.44

-

0.90-1.20

0.50-0.65

0.25-0.35

640

850-1 000

14

40

 

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On cherchera à réaliser les traitements thermiques dans des atmosphères protectrices ou sous vide, afin d’éviter les phénomènes de décarburation, appauvrissement en carbone à la surface de l’acier, ce qui conduit à diminuer les caractéristiques mécaniques des filets. La décarburation peut être évitée si le traitement est effectué dans des fours à moufle en atmosphères protectrices, tels qu’avec des gaz comme l’argon ou hélium, ou bien en atmosphères endothermiques, comme le permet le méthane. Un four sous vide permet également de pallier à ce type de défaut. Un deuxième défaut à prendre en compte est celui des tapures de trempes. Ces tapures apparaissent pendant l’opération de trempe et sont causées par une différence de dilatation entre la surface et le cœur de la pièce. Les pièces de boulonnerie sont particulièrement sensibles à ce type de défaut, Les angles vifs sont en effet très présents et les sections peuvent être de diamètre très élevé. Le risque de tapures peut être atténué en utilisant des mélanges de refroidissement de type eau/polymère. 

Ces aciers, tout comme les aciers pour boulonnerie non-traitée, doivent également remplir des exigences sur la composition chimique et les propriétés mécaniques, mais sur un panel plus large de critères. Ainsi, leur nuance doit inclure des éléments nobles, tel que le nickel et le molybdène, et doivent satisfaire à des valeurs seuils de résilience et d’allongement, contrairement aux aciers pour boulonnerie non-traitée, où aucune spécification n’est mentionnée sur ces paramètres. Les conditions d’utilisations des vis de classes de qualité 8.8 à 12.9 sont sévères, et c’est pourquoi ces aciers doivent satisfaire à des critères d’évaluations drastiques.


 

 

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