ISO 10269
EN ISO 10269 est une norme européenne qui définit les caractéristiques techniques et les exigences des matériaux métalliques utilisés pour les vis, les boulons et les systèmes de fixation destinés à fonctionner dans des conditions de haute ou de basse température. Cette norme est essentielle pour garantir que les matériaux choisis peuvent fonctionner dans des environnements extrêmes tout en conservant leurs performances mécaniques et leur résistance.
La norme couvre les produits en acier et en alliages à base de nickel destinés à la fabrication de vis, de tirants, de boulons et d’écrous. Ces matériaux doivent pouvoir résister à des charges élevées et à des conditions environnementales difficiles, telles que des températures élevées (jusqu’à 500°C et plus) et des températures basses (jusqu’à -200°C).
Aciers à haute température
Les aciers conçus pour des applications à haute température doivent conserver leur résistance mécanique et leur ductilité, même sous l’effet de contraintes thermiques et mécaniques. La norme EN ISO 10269 répartit ces aciers en différentes classes en fonction de leur composition chimique et de leur performance à des températures élevées :
- Aciers au chrome-molybdène (Cr-Mo) : ces aciers, additionnés de chrome et de molybdène, sont couramment utilisés en raison de leur excellente résistance à la déformation par fluage et à l’oxydation à haute température. Le chrome améliore la résistance à la corrosion et à l’oxydation, tandis que le molybdène augmente la résistance mécanique à haute température. Généralement utilisés dans des environnements entre 400°C et 600°C, ils sont largement utilisés dans les composants de turbines, les chaudières et les tuyauteries.
- Aciers inoxydables austénitiques : les aciers inoxydables austénitiques (tels que AISI 304 et 316) se caractérisent par une grande résistance à la corrosion en raison de leur teneur élevée en chrome et en nickel. Ces aciers peuvent supporter des températures allant jusqu’à environ 800°C, ce qui les rend idéaux pour des applications dans des environnements oxydants et corrosifs, tels que ceux des usines chimiques et pétrochimiques.
Alliages de nickel
Les alliages de nickel sont largement utilisés dans les environnements extrêmes où les températures dépassent les limites des aciers. La norme EN ISO 10269 spécifie des alliages de nickel haute performance qui garantissent des performances stables et fiables jusqu’à plus de 800°C.
- Alliages nickel-chrome (Inconel) : Les alliages de nickel contenant du chrome sont parmi les plus utilisés en raison de leur excellente résistance à l’oxydation et à la corrosion dans des environnements à haute température. Les systèmes de fixation tels que les vis, les tirants et les écrous en alliages 2.4668 INCONEL®718 et 2.4952 NIMONIC® 80, par exemple, conservent des propriétés mécaniques stables jusqu’à 700°C environ. Ces alliages sont utilisés dans des applications critiques, telles que les moteurs à réaction et les turbines à gaz, où la combinaison de la résistance à la fatigue et à la corrosion est cruciale.
Exigences et essais mécaniques
Les exigences mécaniques spécifiées par la norme EN ISO 10269 concernent principalement la résistance à la traction, le comportement au fluage, la résilience, la dureté, la résistance à la fatigue et la stabilité dimensionnelle. Vous trouverez ci-dessous un tableau résumant les principales exigences mécaniques pour différents matériaux :
| Désignation des matériaux | Type | Rp 0,2% (MPa) min. | Rm (MPa) | Allongement après rupture A% min. | Zone de réduction Z% min. | Énergie d’impact (ISO-V) 20°C KV2 J min. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.4913 (+QT) | Acier résistant aux hautes températures | 750 | 900 – 1050 | 11 | 35 | 20 |
| 1,4923 (+QT1) | Acier résistant aux hautes températures | 600 | 800 – 950 | 14 | 40 | 47 |
| 1,4923 (+QT2) | Acier résistant aux hautes températures | 700 | 900 – 1050 | 12 | 40 | 20 |
| 1.4301 (+AT) | Acier inoxydable austénitique | 190 | 500 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4307 (+AT) | Acier inoxydable austénitique | 175 | 450 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4404 (+AT) | Acier inoxydable austénitique | 200 | 500 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4401 (+AT) | Acier inoxydable austénitique | 200 | 500 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4910 (+AT) | Acier inoxydable austénitique | 260 | 550 – 750 | 35 | 100 | |
| 1.4980 (+AT+P) | Acier résistant aux hautes températures | 600 | 900 – 1150 | 15 | 50 | |
| 1.4986 (+WW+P) | Acier résistant aux hautes températures | 500 | 650 – 850 | 16 | 50 | |
| 2.4952 (+AT+P) | Alliage de nickel | 600 | 1000 – 1300 | 12 | 12 | 22 |
| 2.4668 (+P) | Alliage de nickel | 1030 | min. 1230 | 12 | 12 | |
| 2.4669 (+AT+P) | Alliage de nickel | 650 | 1000 – 1200 | 20 | 28 | 22 |
Les caractéristiques mécaniques des aciers adaptés à la fabrication de vis, écrous, boulons et systèmes de fixation destinés à des applications à haute température varient en fonction de la température de fonctionnement. Le choix prudent du matériau apte à satisfaire les conditions de conception doit donc prévoir la perte de performance pendant le fonctionnement du système ; en détail, les tableaux ci-dessous indiquent les valeurs de Rp0,2 et Rm des matériaux les plus couramment utilisés pour la réalisation de vis, écrous et tirants destinés à des applications à haute température telles que les turbines à gaz, les systèmes d’échappement, les systèmes de freinage, etc.
Graphique de la variation de la valeur Rp 0,2% avec l’augmentation de la température
Graphique de la variation de la valeur Rm en fonction de l’augmentation de la température
Essai de fluage
Le fluage est la tendance d’un matériau à se déformer progressivement sous l’effet de charges constantes au fil du temps, en particulier à des températures élevées. La résistance au fluage est un paramètre crucial pour les fixations et les boulons soumis à des contraintes prolongées. La norme EN ISO 10269 établit des essais de fluage pour déterminer la déformation du matériau en fonction de :
- Charge appliquée
- Température
- Durée (typiquement des essais de longue durée, tels que 1000 ou 10 000 heures)
Au cours de l’essai de fluage, on mesure la déformation plastique progressive que le matériau subit sous une charge donnée à des températures élevées. Il est essentiel que les matériaux puissent supporter de telles déformations dans des limites acceptables afin d’éviter que des composants critiques, tels que les boulons et les vis, ne perdent leur fonctionnalité structurelle.
Résistance à la fatigue thermique
La résistance à la fatigue est la capacité d’un matériau à supporter des charges cycliques ou répétées sans subir de défaillance prématurée. À haute température, le comportement à la fatigue des matériaux peut être influencé par des cycles de chauffage et de refroidissement qui induisent des contraintes thermiques répétées.
Les aciers à haute température doivent présenter une bonne résistance aux cycles thermiques afin d’éviter les fissures ou les craquelures, qui peuvent se propager rapidement et entraîner la rupture du composant.
Les alliages de nickel, en raison de leur stabilité thermique, offrent une meilleure résistance à la fatigue que les aciers, en particulier dans des conditions cycliques extrêmes, comme dans les moteurs d’avion ou les turbines à gaz.
La norme EN ISO 10269 couvre les matériaux critiques pour la conception des fixations et des boulons destinés à fonctionner dans des environnements à haute température et dans des conditions de contraintes extrêmes. Les alliages de nickel et les aciers à haute température sont les principales familles de matériaux, chacune ayant des caractéristiques spécifiques en termes de résistance mécanique et de stabilité thermique. Ces matériaux garantissent sécurité et fiabilité dans les applications industrielles les plus exigeantes.
