Pour la transformation de tôles d'épaisseur moyenne à forte, l'épaisseur varie généralement de 8 à 60 mm, le laminage à chaud étant le principal procédé de fabrication. Les matériaux couramment utilisés sont les aciers Q235, Q345, divers aciers à haute résistance et des aciers similaires. Afin de réduire les défauts de coupe dans la section transversale, le cisaillement est effectué à haute température, généralement entre 400 °C et 700 °C.

Quatre défis majeurs liés au cisaillement intensif des couteaux

1. Haute température : À haute température, la martensite de l’outil subit un revenu et se décompose en ferrite et en gros carbures, ce qui ramollit la matrice. À 400 °C, la cémentite (Fe₃C) commence à s’agglomérer et perd de son efficacité ; par conséquent, la lame perd de sa dureté et se rompt.

2. Calamine : La présence de calamine (oxyde de fer) à la surface des tôles laminées à chaud entraîne une usure abrasive accrue de l’outil. Le tranchant de la lame s’émousse progressivement, perdant ainsi son affûtage, ce qui augmente involontairement le jeu de l’outil et provoque la formation de bavures de cisaillement plus importantes sur la tôle d’acier.

3. Fatigue : La dureté de la couche d’oxyde à la surface de la plaque est considérablement supérieure à celle du métal de base ; fragile et abrasive, elle constitue la principale cause d’usure et de rupture de l’outil de cisaillement. Par ailleurs, les cycles thermiques lors du cisaillement accentuent les effets de la fatigue.

4. Charge d'impact : Sous charge d'impact, l'épaisseur des tôles laminées à chaud est généralement irrégulière et la couche d'oxyde fragile se rompt à l'impact, engendrant des pics de contrainte locaux au niveau des arêtes de cisaillement. Sous l'effet d'impacts répétés, les défauts microscopiques du tranchant s'aggravent, provoquant le détachement de petits fragments de matériau de surface et l'écaillage du tranchant. Cibles de cisaillement pour tôles épaisses.

Dans ces conditions opérationnelles exigeantes, les aciéries rencontrent des difficultés considérables pour atteindre les critères de cisaillement spécifiés :

1. Bavure de cisaillement inférieure à 3 %–5 % de l’épaisseur de la plaque.

2. La tolérance de longueur de la tôle après découpe est de plus ou moins 0,5 à 1 mm, et la découpe doit être perpendiculaire.

3. Section transversale propre, exempte de déchirures, de nodules ou d'affaissement des bords.

4. Durée de vie de la lame permettant une production par lots avec une faible fréquence de changement d'outil.

Composition de l'alliage et performances de l'acier à outils H13

Pour résoudre les problèmes complexes liés au cisaillement de plaques épaisses, LCKNIFE a choisi l'acier à outils H13 (1.2344, 4Cr5MoSiV1) pour sa composition avantageuse.

1. Carbone (C : 0,32–0,45 %) : Contribue à la dureté de trempe de la matrice et à la résistance à l'usure de base ; la teneur moyenne en carbone assure la ténacité du couteau sans provoquer de fragilité.

2. Silicium (Si : 0,80–1,25 %) : Améliore la trempabilité de l’acier pour couteaux et renforce sa résistance à l’oxydation et à la fatigue thermique. 3. Manganèse (Mn : 0,20 à 0,60 %) : Contribue à la trempabilité de l’outil.

4. Chrome (Cr : 4,75–5,50 %) : Donne une excellente trempabilité, forme des carbures de chrome et présente une bonne résistance à l'oxydation à haute température dans un couteau.

5. Molybdène (Mo : 1,10–1,75 %) : Empêche le ramollissement du tranchant et constitue l’élément principal du durcissement secondaire. Vanadium (V : 0,80 à 1,20 %) : Forme des carbures VC stables et de petite taille dans les lames de refendeuse. Il affine le grain et contribue à la résistance à l’usure de l’acier à haute température.

L'acier à outils H13 pour travail à chaud, utilisé pour le cisaillement, présente une composition équilibrée de 5 % de chrome, 1,5 % de molybdène et 1 % de vanadium. Cet alliage confère à l'outil une trempabilité exceptionnelle et une excellente résistance à la fissuration thermique. Jusqu'à 600 °C, les lames en H13 conservent une dureté supérieure à 48 HRC. Leur résistance à l'usure est trois à cinq fois supérieure à celle des aciers à outils conventionnels, et leur résilience après traitement thermique peut dépasser Ak 50J, offrant ainsi un compromis optimal entre dureté et résistance aux chocs.

Principales raisons de la résistance aux hautes températures du H13

1. Pic de durcissement secondaire : Lorsque l'acier H13 est trempé, il développe une martensite à haute dureté ; lors du revenu à une température comprise entre 500 et 600 °C, le molybdène et le vanadium provoquent la précipitation de carbures d'alliage nanométriques (Mo2C et VC) à partir de la martensite sursaturée, les fines particules agissant pour ancrer les joints de grains et, par conséquent, la dureté se rétablit ou même augmente, alors que dans d'autres aciers, la dureté diminue.

2. Carbures stables à haute température : le carbure de vanadium (VC) a un point de fusion extrêmement élevé et ne tend pas à grossir même à 700 °C ; contrairement à la cémentite ordinaire (Fe3C), qui commence à grossir à 400 °C, les particules de renforcement H13 maintiennent la dureté du couteau en dessous de 400–650 °C.

3. Stabilité du raffinement du grain : le Cr et le Mo empêchent le mouvement des joints de grains dans le couteau de cisaillement et inhibent ainsi la croissance des grains à haute température ; une structure de grain plus fine augmente la résistance d'un outil de couteau de cisaillement au ramollissement à haute température.

4. Résistance à l'oxydation et à la décarburation : La décarburation entraîne une diminution importante de la dureté des outils de coupe. Le chrome et le silicium forment un film d'oxyde dense et protecteur à la surface de la lame, ce qui réduit les brûlures superficielles et la décarburation.

Applications courantes des lames H13

L'acier à outils H13 est couramment utilisé dans la fabrication de produits métallurgiques.

Les applications typiques impliquant la découpe comprennent :

Cisaillage de tôles épaisses, refendage de bobines laminées à chaud, cisaillement en ligne à longueur déterminée, cisaille crocodile, cisaillement de tôles à haute résistance, cisaillement concave-convexe, cisaillement à l'arc, cisailles volantes, cisailles à portique, cisaillement de ferraille, cisaillement de vérins hydrauliques.

Procédé de traitement thermique des outils de cisaillement H13

1. Sélection du matériau : Choisissez l'acier H13 refondu à l'électro-laitier (ESR) puis façonnez-le en ébauches d'outils de couteau requises par forgeage.

2. Recuit : Chauffer la matière première du couteau à une température comprise entre 860 et 890 °C et la maintenir pendant 2 heures ; puis refroidir à une température comprise entre 740 et 760 °C pendant un maintien isotherme de 4 heures ; ensuite, refroidir au four à environ 500 °C avant refroidissement à l'air.

3. Préchauffage : effectuer deux étapes de préchauffage (à 600–650 °C et à 800–850 °C) avant la trempe afin de réduire les contraintes thermiques du couteau de cisaillement.

4. Trempe : Pour la fabrication d’outils nécessitant une grande ténacité, chauffer la lame de cisaille à une température comprise entre 1 020 et 1 050 °C, puis la refroidir à l’huile jusqu’à obtention d’une dureté de 54 à 58 HRC. Pour les outils où la dureté est le critère principal, chauffer la lame de cisaille entre 1 050 et 1 080 °C, puis la refroidir à l’huile jusqu’à obtention d’une dureté de 56 à 58 HRC.

5. Revenu : à des températures de 500 à 530 °C, la dureté du couteau est de 51 à 54 HRC, à 530 à 560 °C, la dureté est de 48 à 52 HRC et à 560 à 580 °C, la dureté est de 47 à 49 HRC.

6. Triple revenu : Après avoir effectué deux cycles de revenu du couteau de cisaillement, tester la dureté Rockwell, puis effectuer un troisième revenu à 550 à 560 °C afin d'éliminer l'austénite résiduelle et de soulager les contraintes internes.

7. Traitement cryogénique : Un traitement cryogénique du couteau de cisaillement doit être effectué entre la trempe et la première étape de revenu pour convertir l'austénite résiduelle en martensite, améliorant ainsi l'uniformité microstructurale, la dureté et la stabilité dimensionnelle.

Paramètres du processus de cisaillement du noyau

1. La méthode de cisaillement est principalement composée de coupes transversales et de refendage.

2. Écartement de la lame : L'écartement de la lame (écart latéral) est ajusté dynamiquement à environ 8 % de l'épaisseur de la plaque, et des écarts plus importants sont utilisés dans le cas de l'acier à haute résistance.

3. Angle de dépouille transversal : L'angle de dépouille transversal est compris entre 0,5° et 3° ; dans le cas de plaques plus épaisses et plus résistantes, un angle de dépouille plus important est nécessaire pour réduire la force de cisaillement maximale.

4. Force de cisaillement : La force de cisaillement des cisailles de calibrage robustes peut atteindre une valeur maximale de 1000 à 2000 kN, ce qui entraîne une fatigue par impact cyclique.

5. Vitesse de la ligne : Dans le cas de cisailles hydrauliques utilisées individuellement, l’alimentation s’effectue à faible vitesse et de manière intermittente ; pour les opérations de découpe à longueur, la vitesse varie de 5 à 30 m/min (des vitesses plus faibles sont utilisées pour le traitement de tôles plus épaisses). 6. Condition de serrage : En condition de serrage, des vérins hydrauliques haute pression maintiennent la tôle pendant toute la durée du processus afin d’empêcher son basculement ou son glissement et de garantir la perpendicularité de la coupe.

7. État de la forme de la plaque : Gère les irrégularités telles que le cambrage, les têtes/queues inégales et les contraintes internes qui provoquent une déformation ou un déplacement.

Consignes d'entretien pour les outils de coupe H13

1. Dureté adaptée : En matière de dureté adaptée, LCKNIFE choisira la dureté appropriée résultant du traitement thermique en fonction du type de cisaillement (à froid ou à chaud), de la limite d'élasticité des tôles et de l'épaisseur de la plaque.

2. Préchauffage des outils : Préchauffez les lames de coupe afin d’atteindre la température de fonctionnement initiale. Ce préchauffage permet d’éviter les fissures prématurées dues aux chocs thermiques.

3. Contrôle du jeu : Maintenez les écarts entre les lames à la bonne taille pour empêcher la rouille de pénétrer dans les espaces sur le bord.

4. Fixation sécurisée : assurez-vous que les plaques sont bien serrées afin de réduire le frottement de glissement et d’éviter de rayer la surface.

5. Optimiser le refroidissement : Améliorer le refroidissement en utilisant un fluide de coupe spécialisé pendant le traitement afin d'assurer une lubrification et une dissipation de chaleur adéquates et stables, de sorte que les différences de température extrêmes qui provoquent la fissuration par fatigue thermique de la lame de coupe soient évitées.

6. Vérifiez l'usure : réaffûtez fréquemment les lames de la tondeuse pour éliminer les microfissures et les couches de fatigue.

7. Prévention de la rouille : Pour éviter que les outils de coupe ne rouillent, appliquez uniformément une huile antirouille industrielle lors du rangement des lames de coupe.

Manufacture de lames Maanshan Lichengse spécialise dans la productioncouteaux de cisaillement industrielsNous fabriquons des outils de coupe en sélectionnant avec soin des matériaux parfaitement adaptés à chaque situation de découpe de tôle. Des traitements thermiques avancés, tels que les traitements sous vide, cryogéniques et en bain de sel, optimisent les performances des lames pour différentes applications de cisaillement. Un contrôle qualité rigoureux et des normes de fabrication précises garantissent la fiabilité de ces outils auprès de nos partenaires du monde entier.