1215 Acier : propriétés, comportement à l'usinage et applications techniques

L'acier 1215, également appelé acier au carbone 1215, est surtout connu comme un acier technique à faible teneur en carbone, facile à usiner. Il occupe une place très particulière au sein de la famille des aciers au carbone simples. Il n'est pas destiné à supporter des charges structurelles ni à présenter une résistance mécanique élevée. Il est au contraire conçu pour être aussi facile à usiner, aussi stable dans les processus de fabrication et aussi efficace en production que possible.

D'un point de vue métallurgique, le 1215 est un acier à usinage facile qui a subi une resulfuration. Il présente délibérément des teneurs plus élevées en soufre et en manganèse, ce qui favorise la formation d'inclusions de sulfure de manganèse (MnS). Ces inclusions agissent comme des brise-copeaux internes pendant l'usinage, ce qui réduit les efforts de coupe, améliore le contrôle des copeaux et augmente considérablement la durée de vie de l'outil. C'est pourquoi le 1215 reste un matériau très prisé pour l'usinage de grande série de type suisse, le tournage automatique et l'usinage sur machines à vis.

L'acier 1215 est couramment utilisé dans l'industrie manufacturière pour la fabrication de pièces de précision telles que des petits arbres, des goupilles, des bagues, des éléments de fixation et des raccords. Mais il est important de préciser ce que l’acier 1215 n’est pas. Ce n’est pas un acier soudable et ce n’est pas un acier de construction. L’utilisation de l’acier 1215 en dehors de son domaine d’application prévu peut entraîner une défaillance totale.

D'un point de vue technique, ce guide passe en revue l'acier 1215 en analysant sa composition chimique favorisant l'usinage, en évaluant ses avantages en termes de fabrication et en proposant un cadre clair permettant de déterminer dans quelles circonstances il convient de le prescrire.

Qu'est-ce que l'acier 1215 ? — Types, normes et utilisations prévues

L'acier 1215 est un type d'acier qui a subi un processus de resulfuration et de refosphoration afin d'améliorer ses performances pour l'usinage à grande vitesse.

• Normes : On les désigne sous les appellations AISI/SAE 1215 et UNS G12150.

• Classification : “Il est classé dans la catégorie ” acier à usinage facile “ ou ” acier à vis ».

• Conditions de livraison : Il est généralement fourni sous forme de barres étirées à froid afin de garantir que les chargeurs automatiques de barres puissent fonctionner avec des tolérances dimensionnelles très strictes (h9 ou mieux).

Objectif de conception : pourquoi utiliser de l'acier resulfuré ?

La série d'aciers 12xx comprend notamment le 1215. La série 10xx (comme le 1018) est composée d'aciers au carbone simple. La série 12xx, en revanche, contient du soufre et du phosphore, non pas sous forme d'impuretés, mais en tant qu'éléments d'alliage destinés à faciliter l'usinage.

• L'objectif est d'atteindre des vitesses d'usinage 30 à 40% plus élevées que celles des aciers au carbone classiques, tout en conservant un excellent état de surface.

• Le compromis : Les mêmes caractéristiques qui facilitent sa découpe le rendent également cassant et difficile à souder correctement.

Comparaison des filières d'ingénierie :

• Verset 1018 : Les machines 1215 sont bien plus rapides, mais elles sont moins ductiles.

• Vs. 12L14 : Le 1215 est le substitut sans plomb standard du 12L14. Le 1215 est plus respectueux de l'environnement car il ne contient pas de plomb (Pb). Le 12L14 est un peu plus rapide à usiner.

Composition chimique et propriétés métallurgiques

C'est la composition chimique du 1215 qui détermine son efficacité. Il nécessite une certaine quantité de soufre et de manganèse pour assurer une lubrification “ intégrée ” et faciliter l'éjection des copeaux.

Tableau 1 : Composition chimique courante (wt%)

Microstructure : rôle des inclusions de MnS

Les inclusions de sulfure de manganèse (MnS) présentes dans la microstructure de l'acier 1215 se présentent sous la forme de longs filaments gris alignés dans le sens du laminage.

• Lubrification : Lors de l'usinage avec cet outil, du MnS se dépose sur la face de coupe, ce qui réduit le frottement et la formation de bavures (BUE).

• Bris de copeaux : Ces inclusions augmentent les niveaux de contrainte. Lorsque l'outil de coupe traverse le métal, le copeau se brise facilement au niveau de ces inclusions, formant ainsi de petits copeaux en boucles faciles à manipuler, au lieu de longs copeaux filiformes dangereux.

Propriétés physiques et mécaniques de l'acier 1215

Les ingénieurs devraient considérer les propriétés du 1215 sous l'angle de la production en série, et non sous celui de sa résistance. Il est suffisamment solide pour les raccords et les éléments de fixation, mais pas pour les poutres destinées à supporter des charges.

Propriétés mécaniques courantes (étiré à froid)

Tableau 2 : Propriétés physiques

Aperçu du design : L'acier 1215 est généralement utilisé tel qu'il est livré. Il fait rarement l'objet d'un traitement thermique, car sa faible teneur en carbone l'empêche de durcir complètement.

Caractéristiques physiques

• Densité : 7,87 grammes par centimètre cube

• Magnétisme : Oui, c'est ferromagnétique.

• Soudabilité : Ce n'est pas bon. Ne soudez pas.

Pourquoi l'acier 1215 est-il le meilleur choix pour l'usinage du CNC ?

Le principal atout de l'acier 1215 réside dans sa prévisibilité. Dans le cadre d'une production à grande échelle (plus de 10 000 pièces), il est plus important de disposer de matériaux dont le comportement est constant à chaque fois que d'avoir des matériaux résistants.

Caractéristiques d'usinabilité

• Contrôle des puces : Les copeaux longs constituent un problème majeur pour les tours automatiques et les machines de type suisse, car ils s'enroulent autour de la pièce et provoquent l'arrêt de la machine. Le 1215 produit des copeaux fins et cassants qui tombent immédiatement, ce qui permet une fabrication sans surveillance.

• Durée de vie de l'outil : Le soufre possède un pouvoir lubrifiant qui prolonge considérablement la durée de vie des outils par rapport aux aciers 1018 ou 1045.

• Finition de surface : Il coupe proprement sans déchirer. Il est normal d'obtenir une finition de surface de Ra 0,8 µm (32 µin) sans rectification.

Règles relatives au traitement CNC

• Vitesse : Peut supporter des vitesses de surface élevées (SFM).

• Flux : Peut supporter des avances importantes sans perdre en précision de finition.

• Liquide de refroidissement : Une huile hydrosoluble classique suffit.

• Tournage : Super.

• Perçage et taraudage : Parfait. Il n'y a ni bavures ni saleté sur les filets.

Contraintes relatives au traitement thermique et à la fabrication

Il est tout aussi important de savoir ce que l'on ne peut pas faire avec 1215 que de savoir ce que l'on peut faire.

Traitement thermique

• Trempe : Impossible. La teneur en carbone est trop faible (inférieure à 0,09%).

• Cémentation (carburation) C'est possible. Le cémentation de l'acier 1215 peut le rendre plus résistant à l'usure en surface, mais sa forte teneur en soufre peut parfois nuire à la qualité de la couche de cémentation.

Contraintes en matière de soudabilité

Ne soudez pas l'acier de nuance 1215.

• Hot Shortness : Les joints de grains présentent un point de fusion plus bas, car ils contiennent beaucoup de soufre. Ces joints se rompent lors de la solidification de la soudure, ce qui provoque immédiatement des fissures à chaud.

• Porosité : Le phosphore et le soufre rendent les soudures fragiles et cassantes, et leur font perdre toute intégrité structurelle.

Si vous devez souder, optez pour le 1018 ou le 12L14 (si l'utilisation du plomb est autorisée, mais le 12L14 n'est pas non plus adapté au soudage). Utilisez le 1018 si vous le pouvez.

Éléments à prendre en compte lors de la finition d'une surface et de la prévention de la corrosion

Le 1215 ne présente aucune résistance naturelle à la corrosion. Il rouille immédiatement par temps humide.

Finitions couramment utilisées

• Zingage, également appelé « galvanisation », est la norme applicable aux raccords 1215. Il offre une protection anticorrosion qui peut être sacrifiée.

• Oxyde noir : Confère un aspect noir uniforme et une protection contre la lumière (grâce à l’huile). Couramment utilisé pour les pièces situées à l’intérieur des machines.

• Nickelage : À usage décoratif ou électronique.

Remarque : La forte teneur en soufre à la surface peut parfois empêcher le revêtement d'adhérer correctement. Il peut être nécessaire de procéder à un décapage à l'acide ou à un pré-revêtement de cuivre avant le revêtement final.

Guide de sélection technique : l'acier 1215 par rapport aux autres aciers au carbone

Le compromis “ usinabilité contre soudabilité ” vous aidera à choisir l'acier le plus adapté.

Tableau 3 : Matrice de décision pour l'acier au carbone

Critères de sélection :

• Vous voulez une vitesse maximale et un moteur sans plomb ? Opte pour le 1215.

• Vous avez besoin de faire un peu de soudure ? -> Sélection n° 1018.

• Vous voulez atteindre une vitesse maximale et prendre la tête ? -> Choisissez 12L14.

• Besoin d'un système de transmission (arbres/engrenages) ? -> Sélection n° 1045.

Utilisations courantes de l'acier 1215

La série 1215 constitue la “ colonne vertébrale invisible ” de nombreux assemblages. Elle est utilisée dans des pièces qui doivent être à la fois économiques et précises.

• Raccords cannelés, raccords rapides et adaptateurs sont tous des types de raccords hydrauliques.

• Éléments de fixation notamment des goujons, des entretoises et des écrous sur mesure.

• Douilles et entretoises sont des entretoises de précision qui ne supportent aucun poids.

• Épingles : tiges de guidage et goupilles de positionnement.

• Automobile : Pièces destinées au système de freinage et boîtiers de capteurs (ne nécessitant pas de soudure).

Résumé : Ce que les ingénieurs doivent savoir sur l'acier 1215

L'acier 1215 est un type d'acier spécial utilisé dans l'industrie de l'usinage pour la production en grande série.

Points importants :

• Le roi de l'efficacité : Conçu pour fonctionner de manière optimale avec les tours CNC et les machines à vis automatiques.

• Conformité aux normes relatives à l'absence de plomb : Le substitut moderne du 12L14 sur les marchés mondiaux, conforme aux normes RoHS et REACH.

• Ne convient pas aux oreilles de levage ni aux poutres de structure ; uniquement pour les raccords et les éléments de fixation.

• Non soudable : Conception réservée exclusivement aux fixations mécaniques (telles que les filetages et les assemblages par emboîtement).

Les ingénieurs peuvent réduire considérablement les temps de cycle et les coûts des pièces en utilisant le 1215, à condition que l'application ne nécessite ni soudage ni résistance à la traction élevée.

FAQ

Q : L'acier 1215 présente-t-il un champ magnétique ?
R : Oui. Il s'agit d'un acier au carbone ferromagnétique.

Q : Est-il possible de réaliser un cémentation de l'acier 1215 ?
R : Oui. Il n'est pas possible de le tremper sur toute son épaisseur, mais la cémentation permet d'obtenir une couche superficielle dure et résistante à l'usure qui donne de bons résultats.

L'acier 1215 est-il conforme à la directive RoHS ?
R : Oui. Le 12L14 contient du plomb, contrairement au 1215. Ce dernier utilise à la place du soufre et du phosphore, ce qui le rend respectueux de l'environnement conformément aux réglementations internationales telles que RoHS et REACH.

Q : Le modèle 1215 rouille-t-il ?
R : Oui. Si vous ne le traitez pas, il rouillera très rapidement. Il faut soit le galvaniser (au zinc ou au nickel), soit l'enduire (d'oxyde noir ou de peinture) pour le protéger contre la corrosion.

Q : Quelle est la différence entre le 1215 et le 12L14 ?
R : Le plomb. L'acier 12L14 contient du plomb (Pb) afin de faciliter son usinage (il est environ 20% plus rapide à usiner que le 1215). Le 1215 ne contient pas de plomb. À mesure que les réglementations environnementales se durcissent, le 1215 remplace de plus en plus le 12L14 dans de nombreuses applications.