Propriétés mécaniques de l'acier inoxydable MIM 316L par rapport aux autres procédés de formage

4 juillet 2023

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L'acier inoxydable 316L est l'un des alliages les plus couramment utilisés dans le moulage par injection de métaux grâce à son excellente résistance à la corrosion, sa soudabilité et ses bonnes propriétés mécaniques. Les applications typiques concernent les produits de consommation tels que les boîtiers de montres, les pièces de montures de lunettes, les composants automobiles, les appareils électroniques, dentaires et médicaux. L’acier inoxydable MIM 316L aurait contribué de manière significative à la croissance de l’industrie mondiale du MIM, qui a connu des taux de croissance annuels moyens d’environ 14 % au cours de la dernière décennie.

Cependant, bien que la technologie MIM présente des avantages en termes de complexité de forme avec un minimum de déchets de matériaux lors du traitement par rapport à d'autres processus de façonnage, tels que l'usinage, le moulage de précision et le moulage sous pression, les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable MIM 316L dépendent fortement de l'optimisation de la Processus MIM. En particulier, les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable MIM 316L dépendent fortement de la densité finale et de la granulométrie obtenues dans les pièces frittées et tout défaut survenant au cours du processus MIM peut avoir un effet néfaste sur les propriétés finales.

Des recherches ont été entreprises à l'Université nationale de Chungbuk, à Cheongju, et au département R&D sur le traitement des matériaux industriels de l'Institut coréen de technologie industrielle (KITECH), à Incheon, en République de Corée, pour mieux comprendre les propriétés mécaniques, y compris la résistance à la fatigue. , en acier inoxydable MIM 316L. L'objectif de la recherche était de permettre d'envisager les aciers inoxydables MIM 316L pour des secteurs d'application nécessitant des composants à plus haute résistance, par exemple dans les machines agricoles. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Materials, 7 mars 2023, Vol 16, 2144, 12 pp, avec les auteurs IS Hwang, TY So, DH Lee et CS Shin.

Les auteurs ont déclaré que quinze barres d'essai avaient été moulées par injection à partir d'une matière première en acier inoxydable 316L à base de poudres de qualité atomisée à l'eau, les barres d'essai étant déliées à 900 °C pendant 1 h dans l'hydrogène, suivies d'un frittage à 1 320 °C pendant 2 h sous vide. Les propriétés mécaniques des barres d'essai frittées MIM 316L ont ensuite été comparées à des pièces laminées à froid en 316L ainsi qu'à certaines pièces en 316L réalisées par laminage à chaud ou par Fabrication Additive PBF-LB. Les auteurs ont analysé la microstructure des éprouvettes frittées de 316L par microscopie électronique à balayage (MEB) et la taille des grains à l'aide de la méthode d'interception et des calculs EBSD. La figure 1 (a) montre les échantillons 316L réalisés par le procédé MIM.

La densité moyenne obtenue lors du frittage des éprouvettes MIM 316L, mesurée selon le principe d'Archimède, était de 7,56 g/cm3, soit 94,62 % de la théorie. Les auteurs suggèrent que la densité obtenue dans le procédé MIM est grandement affectée par les conditions de la composition du liant dans la matière première 316L et par les processus de déliantage et de frittage, et que la densité frittée plus faible par rapport au procédé de laminage à froid pourrait mettre les pièces MIM 316L désavantagé en termes de propriétés mécaniques. La figure 1 (b) montre le densimètre électronique (md-200s) utilisé pour mesurer la densité.

Des essais de traction (UTS) des éprouvettes frittées MIM 316L ont été effectués pour se fracturer à la vitesse constante de 5 mm/min pour trois éprouvettes chacune. Les essais de fatigue ont été effectués avec un rapport de contraintes de 0,1 et ont été réalisés avec des contraintes cycliques complètement inversées à l'aide du système d'essais de fatigue servohydraulique illustré sur la figure 1 (c). Les contraintes maximales des essais de fatigue ont été fixées sur la base de l'UTS obtenue lors de l'essai de traction. Ces contraintes ont été fixées à 80 % (432 MPa) et par incréments jusqu'à 55 % (297 MPa). La limite de fatigue a été déterminée comme la valeur de contrainte appliquée lorsque le nombre de cycles de chargement dépassait 106 dans cette étude.

La valeur UTS moyenne obtenue à partir de trois des échantillons MIM 316L testés était de 539 MPa (Fig. 2). Ceci est inférieur aux résistances à la traction des éprouvettes 316L laminées à froid, qui variaient entre 620 et 795 MPa, et également inférieure à celle de l'éprouvette laminée à chaud (580 MPa). Deux mécanismes ont été identifiés par les auteurs comme principales causes de la réduction des propriétés mécaniques du MIM 316L. La présence de pores dans les échantillons frittés causée par : (1) la réduction de la zone où la contrainte est appliquée et (2) les pores polygonaux ont provoqué un effet d'entaille, ce qui pourrait potentiellement conduire à une défaillance précoce du matériau.