Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques des inox

Les nuances d’inox présentent une grande variété de propriétés physiques et de caractéristiques mécaniques qui dépendent des éléments d’alliage présents. Beaucoup de ces propriétés diffèrent de façon significative de celles des aciers. Voici un aperçu non exhaustif de ces propriétés et des spécificités de certaines nuances d’inox.



Propriétés physiques

	Acier	Inox ferritique	Inox austénitique	Inox austéno-ferritique
Coefficient de dilatation linéique entre 20 °C et 100 °C (10-6 K-1)	10	10	16	13
Conductivité thermique à 20 °C (W.m-1 K-1)	40	25	15	15
Résistivité (Ω.mm² m-1)	18 – 20	60	73 – 75	80
Module d’élasticité à 20 °C (GPa)	206	206	193 – 196	200
Tableau n°1: propriétés physiques

Propriétés magnétiques

Les propriétés magnétiques des différentes familles inox sont liées à leur structure métallurgique.

	Inox ferritique	Inox austénitique	Inox austéno-ferritique
Magnétique	oui	non	oui

Les inox ferritiques sont ferromagnétiques.

Les inox austénitiques sont amagnétiques, mais peuvent présenter un léger magnétisme s’ils sont écrouis. Ces inox sont particulièrement recommandés dans des applications telles les salles IRM en milieu hospitalier, les pistes d’atterrissage, les tours de contrôles aériens, les péages routiers, etc.

Les inox austéno-ferritiques sont magnétiques, du fait qu’ils contiennent une proportion importante de ferrite dans leur structure.

Résilience

C’est la propriété d’un matériau à résister à la rupture fragile. Le moyen classique utilisé pour la caractériser est l’essai Charpy, qui consiste à mesurer l’énergie nécessaire pour rompre une éprouvette entaillée.

Les inox austénitiques se distinguent des inox ferritiques et des aciers par leur niveau de résilience élevé à toute température. Ils ne présentent pas de transition ductile-fragile entre 0 et – 20 °C et peuvent être utilisés jusqu’à des températures très basses (– 200 °C). Les inox austéno-ferritiques ont un comportement intermédiaire du fait de leur structure mixte.

Caractéristiques mécaniques en traction

Du fait de leur structure, les aciers austénitiques et austéno-ferritiques présentent des allongements à la rupture en traction et des rapports Rm/RP0,2 élevés, à la fois à l’état adouci et écroui. Ils ont donc une grande capacité à dissiper l’énergie en cas de déformations importantes, tout en conservant une résistance élevée. Cette caractéristique importante des inox austénitiques présente un intérêt tout particulier pour les constructions d’ouvrages en zones sismiques.

À hautes températures, jusqu’à 500 °C, les inox austénitiques conservent de bonnes caractéristiques mécaniques en traction.

L’essai de traction sur acier
L’essai de traction sert à déterminer :

• la résistance maximale à la traction (R_m) ;
• l’allongement à la rupture (A) ;
• l’allongement total sous force maximale (A_gt) ;
• la limite d’élasticité apparente (R_e).

Ces valeurs sont utilisées, en particulier, pour la dénomination des armatures pour béton.



Pour déterminer ces grandeurs, on exerce sur une éprouvette 1 des efforts croissants de traction jusqu’à rupture. La zone (L₀) est repérée sur l’éprouvette au préalable et sert de référence après allongement de cette dernière (cf. figure 5, éprouvette n° 1).

L’effort (F) et l’allongement (A %) sont mesurés directement lors de l’essai de traction.

• La limite apparente d’élasticité R_e = F_e/S₀ (portion OD de la courbe) est égale à la charge maximale (repère D), exprimée en MPa, en deçà de laquelle l’éprouvette reprend sa longueur initiale quand l’effort de traction cesse (domaine élastique).
• La résistance à la rupture R_m = F_max/S₀ (portion DB de la courbe) est égale à la charge maximale (repère B), exprimée en MPa, que peut supporter le métal sans se rompre (domaine plastique) (cf. figure 5, éprouvette n° 2).
• L’allongement A = (L-L₀)/L₀x100 est égal à l’augmentation de la longueur de l’éprouvette avant striction (allongement réparti maximum), exprimé en pourcentage (cf. figure 5, éprouvette n° 2).
• L’allongement après rupture A = (L_u-L₀)/L₀x100 (exprimé en pourcentage) est égal à l’augmentation de la longueur de l’éprouvette. L’allongement maximum correspond à la longueur de l’éprouvette après rupture (Lu), exprimée en pourcentage (cf. figure 5, éprouvette n° 4).
• L’allongement total sous force maximale ou A_gt correspond à l’augmentation de la longueur de l’éprouvette, exprimée en pourcentage, lorsqu’on atteint Rm (point B de la courbe).

Remarque: Dans la zone BC, on observe, outre l’allongement, une déformation locale de l’éprouvette (diminution de section ou « striction ») qui conduit à la rupture au point C (cf. figure 5, éprouvette n° 3).

Cas des inox austénitiques
Les inox austénitiques ne présentent pas de limite apparente d’élasticité (appelée également limite d’écoulement) très nette. De ce fait, par convention, la norme définit une charge unitaire à la limite conventionnelle d’élasticité, appelée R P0,2. Elle correspond à l’effort unitaire tel, qu’après suppression de l’effort, le métal garde un allongement permanent donné de 0,2 % (voir la figure 6).



Dans les normes européennes (NF EN 10088-2 et NF EN 10088-3) les limites d’élasticité de toutes les familles d’inox sont définies par la charge à la limite conventionnelle d’élasticité R P0,2. Cette appellation remplace la définition Re, habituellement utilisée pour les aciers.