Diagramme de Schaeffler et ses utilisations pratiques

Qu’est-ce que le diagramme de Schaeffler ?

Le diagramme de Schaeffler est un outil important pour prédire la constitution de vos dépôts de soudure inox. En fonction des éléments d’alliage présents dans la soudure, le diagramme de Schaeffler donne des prédictions sur les différentes phases (structures) présentes dans la soudure. Le diagramme est un outil efficace pour les prédictions de phase pour les aciers inoxydables austénitiques ayant des teneurs en carbone jusqu’à 0,12 %.


Dans les soudures en acier inoxydable (principalement de types austénitiques – SS316L, SS321, par exemple), la ferrite joue un rôle crucial en éliminant la fissuration à chaud lors de la solidification de la soudure . Les « diagrammes de constitution » tels que le diagramme de Schaeffler sont très utiles dans de telles situations pour prédire avec précision le niveau de ferrite dans le dépôt de soudure en fonction de la composition chimique.

Cette prédiction est basée sur la ferrite et les stabilisants austénitiques présents dans la soudure. Le diagramme de Schaeffler est utile pour estimer la microstructure du dépôt de soudure et la composition du métal d’apport nécessaire pour produire la quantité prescrite de ferrite dans le dépôt de soudure .

L’équivalent chrome (tracé sur la ligne horizontale) est calculé à partir du pourcentage massique des éléments formant ferrite (Cr, Si, Mo, Nb, W) et l’équivalent nickel (tracé sur la ligne verticale) est calculé à partir du pourcentage massique de éléments austénitiques (C, Ni, Mn, Cu, N).

La position dans le diagramme de Schaeffler définie par les équivalents Cr et Ni donne les proportions de martensite, d’austénite et de ferrite dans la microstructure résultante.

schaeffler diagram 1 Diagramme de Schaeffler et ses utilisations pratiques
Figure 1. Microstructures tracées sur le diagramme de Schaeffler

Un diagramme de Schaeffler permet de montrer l’influence de la proportion de deux éléments d’alliage (et donc de la composition de l’alliage) sur la structure obtenue après refroidissement rapide de 1050°C à la température ambiante. Le diagramme montre comment la microstructure de la soudure est affectée par les éléments d’alliage dans l’acier inoxydable, à base de ceux comme le nickel (stabilisateur Ni-austénitique) et ceux qui agissent comme le chrome (stabilisateur Cr-ferrite).

Le groupe équivalent nickel (Ni-Eq) comprend Ni et l’effet de C et Mn. L’équivalent chrome (Cr-Eq) comprend les effets de Cr, Mo, Si et Cb. Pour estimer la microstructure d’un gisement, les équivalents Cr et Ni sont calculés à l’aide des équations suivantes :

• Équivalent Cr = %Cr + %Mo + 1,5(%Si) + 0,5(%Cb)
• Équivalent Ni = (%Ni)+30(%C+%N)+0,5(Mn+%Cu+%Co)

toutes les concentrations étant exprimées en pourcentages en poids.

Le diagramme de Schaeffler est très utile pour les métaux fondus de base austénitiques afin de prédire la structure finale du dépôt de soudure. Le diagramme de Schaeffler ci-dessous montre les positions de divers consommables de soudage avec leur microstructure de dépôt de soudure respective.

electrode metallurgy on schaeffler diagram Diagramme de Schaeffler et ses utilisations pratiques
Figure 2. Métallurgie des électrodes de soudage la plus courante sur le diagramme de Schaeffler

Un exemple pratique pour le diagramme de Schaeffler pour le soudage dissemblable

Comme nous l’avons appris, la position de la microstructure de la soudure dans le diagramme de Schaeffler est localisée à l’aide des Cr-Eq et Ni-Eq des métaux de base. La valeur obtenue est marquée sur les coordonnées du diagramme et un point est repéré. La microstructure de la pointe est celle prévue pour un dépôt de cette composition. Il est possible de tracer la composition du fil d’apport et la composition du métal de base et de les connecter avec une ligne et la soudure résultante serait le long de la ligne.

En utilisant le diagramme de Schaeffler, il est possible de sélectionner un métal d’apport qui évitera la ferrite ou la martensite, comme souhaité dans le dépôt de soudure en acier inoxydable. Le diagramme de Schaeffler peut également être utilisé pour prédire la composition du dépôt de soudure lors du soudage de matériaux en acier inoxydable différents.

Schaeffler diagram Diagramme de Schaeffler et ses utilisations pratiques

Le diagramme de Schaeffler dans la figure ci-dessus représente un exemple de ce qui précède pour le cas d’un acier faiblement allié C15 (EN 1.0401), (A), étant soudé à l’acier inoxydable AISI 304 (1.4301), (B), en utilisant ER309LMo (ER 23 12 2 L) fil d’apport (D). Cela donne une structure de métal fondu comme indiqué au point E, c’est-à-dire de l’austénite avec environ 10 % de ferrite.

Les compositions chimiques des trois matériaux ci-dessus dans la discussion sont données ci-dessous :

Composition chimique % d’acier C15 (1.0401) : EN 10277-2-2008

CSiMnPS
0,12 – 0,180,4 maximum0,3 – 0,8maximum 0,045maximum 0,045

             Composition chimique % d’acier X5CrNi18-10 (1.4301) : EN 10088-2-2005

CSiMnNiPSCrN
0,07 maximum1 maximummaximum 28 – 10.5maximum 0,0450,015 maximum17.5 – 19.50,11 maximum

Composition chimique % de nuance 309LMo ( 309LMo )

CSiMnNiPSCrmoisCu
maximum 0,030,65 maximum1 – 2,512 – 14maximum 0,03maximum 0,0323 – 252 – 3maximum 0,75
Decoding the Schaeffler Diagram & i...
Decoding the Schaeffler Diagram & its practical use

Regardez notre vidéo YouTube pour apprendre l’animation interactive sur le diagramme de Schaeffler et son importance.

ferrite numbers on schaeffler diagram Diagramme de Schaeffler et ses utilisations pratiques
Figure 3. Répartition des phases sur le diagramme de Schaeffler