Le chrome-molybdène (également appelé chrome-molybdène, chrome-moly ou Cr-Mo) et le chrome-vanadium (également appelé chrome-vanadium ou Cr-V) sont les noms de deux familles d'alliages d'acier utilisés dans la fabrication d'outils à main. Lequel est le meilleur ? Lorsqu'ils sont correctement fabriqués et traités thermiquement, ils sont chimiquement presque identiques et ont des performances similaires.

Qu'est-ce que l'acier ?

L'acier est, en poids, principalement constitué de fer (souvent 90% ou plus) avec de petites quantités de carbone (généralement de 0,1% à 2%) et parfois d'éléments d'alliage. Sans traitement thermique et sans éléments d'alliage, l'acier est trop mou pour être utilisé dans les meilleurs outils à main. En ajoutant des éléments d'alliage et en soumettant le mélange à une chaleur élevée pour modifier sa dureté, nous pouvons modifier les propriétés mécaniques telles que la dureté, la résistance, la ténacité et la ductilité.

Toutefois, même dans les meilleures circonstances, certaines de ces propriétés impliquent des compromis. Par exemple, un acier extrêmement dur sera solide, mais aussi cassant. Au lieu de se déformer de manière élastique et de rebondir lorsque la contrainte est supprimée, l'acier dur aura tendance à se briser sous l'effet d'une contrainte élevée.

Voici quelques-unes des propriétés courantes de l'acier :

• Dureté : résistance d'un matériau à l'usure et aux rayures.
• Résistance : capacité d'un matériau à être soumis à des contraintes sans subir de déformation permanente.
• Ductilité : capacité d'un matériau à se déformer de façon permanente sous l'effet d'une contrainte avant de se rompre.
• Ténacité : combinaison de résistance et de ductilité d'un matériau qui lui permet d'absorber de l'énergie sans se briser.

Traitement thermique

Le traitement thermique consiste à augmenter la température de l'acier et à le refroidir par étapes précises et contrôlées afin de modifier sa structure interne. Au niveau microscopique, l'acier est constitué de petits grains, qui sont des groupes d'atomes de métal disposés en cristaux.

Le traitement thermique peut modifier à la fois la taille des grains et la disposition géométrique des atomes dans l'acier. Les différentes tailles et dispositions des grains réagissent différemment aux contraintes. Par exemple, les grains plus gros glissent plus facilement les uns sur les autres, ce qui rend l'acier plus mou qu'il ne le serait avec des grains plus petits pour mieux résister au mouvement.

Le traitement thermique peut également modifier la disposition des atomes. Les scientifiques ont donné des noms aux différents arrangements géométriques, tels que "austénite", "ferrite" et "martensite". Le même alliage d'acier présente des propriétés différentes en fonction de la disposition des atomes.

Éléments d'alliage

L'acier composé uniquement de fer et de carbone est appelé "acier au carbone". Il n'est pas considéré comme un acier allié. L'acier à faible teneur en carbone, qui contient très peu de carbone, est faible et ne réagit pas bien au traitement thermique. L'acier à haute teneur en carbone est également faible au départ, mais il peut être transformé en un acier solide et cassant par traitement thermique.

Des éléments d'alliage peuvent être ajoutés au fer et au carbone pour produire un acier présentant des combinaisons de propriétés mécaniques souhaitables pour des applications spécifiques. Les éléments d'alliage courants sont le bore, le chrome, le manganèse, le molybdène, le nickel et le vanadium.

Voici quelques propriétés affectées par ces éléments :

• Bore : facilite le durcissement de l'acier.
• Chrome : rend l'acier plus solide, plus dur et plus facile à durcir ; augmente la résistance à la corrosion. À forte concentration, il produit de l'"acier inoxydable", qui résiste très bien à la corrosion.
• Manganèse : améliore le traitement de l'acier en limitant l'oxydation.
• Molybdène : rend l'acier plus résistant, plus dur et plus facile à durcir. Augmente la ténacité à haute résistance.
• Nickel : augmente la ténacité à haute résistance. Il augmente également la résistance à la corrosion.
• Vanadium : augmente la ténacité à haute résistance ; réduit la taille des grains.

De quel acier les outils à main doivent-ils être fabriqués ?

Bien que l'acier à haute teneur en carbone puisse convenir aux outils à main dont la principale exigence est une surface dure, comme certaines lames, la plupart des outils à main bénéficient d'une combinaison de dureté, de ténacité et de résistance à la corrosion. Les alliages tels que le chrome-molybdène et le chrome-vanadium sont plus efficaces que l'acier à haute teneur en carbone pour obtenir ces propriétés combinées.

Le chrome-molybdène désigne spécifiquement une famille d'alliages d'acier qui, lorsqu'ils sont utilisés pour des outils à main, contiennent une quantité modérée de carbone (souvent entre 0,4% et 0,5%), environ 1% de chrome, entre 0,15% et 0,20% de molybdène, ainsi qu'une série d'autres éléments d'alliage. Le nom donné par la Society of Automotive Engineers (SAE) suit généralement le schéma 4XXX. Par exemple, 4140 est un acier commun au chrome et au molybdène avec 0,40% de carbone, ce qu'indique le 40 de 4140.

Le chrome-vanadium désigne spécifiquement une famille d'alliages d'acier qui, lorsqu'ils sont utilisés pour des outils à main, ont une quantité modérée de carbone (souvent autour de 0,4% à 0,5%), environ 1% de chrome, environ 0,15% - 0,20% de vanadium, et une gamme d'autres éléments d'alliage. Le nom SAE suit généralement le modèle 6XXX. Par exemple, 6150 est un acier commun au chrome et au vanadium avec 0,50% de carbone, ce qu'indique le 50 dans 6150.

Le chrome-molybdène et le chrome-vanadium produits avec le même soin et durcis à des niveaux similaires ont des propriétés mécaniques très semblables. En fait, ils sont presque chimiquement identiques, la principale différence étant de loin inférieure à 0,5% en poids sous forme de molybdène ou de vanadium. On ne peut donc pas dire que le chrome-molybdène ou le chrome-vanadium soit meilleur. Le Cr-Mo ou le Cr-V est un excellent choix pour toutes les utilisations normales des clés, des douilles à main, des douilles à percussion, des cliquets et d'autres outils similaires. La différence métallurgique entre le Cr-Mo et le Cr-V est insignifiante dans ces applications. C'est plutôt la consistance du matériau, la géométrie de l'outil, la dureté à laquelle il est chauffé, ainsi que la conception et la mise en œuvre du processus de fabrication qui déterminent les différences de qualité des outils à main.

Il arrive que les outils en Cr-Mo coûtent plus cher que les outils en Cr-V et les utilisateurs d'outils veulent en connaître la raison. La différence de coût n'est généralement pas due au fait qu'un acier est meilleur que l'autre. Les performances intrinsèques du Cr-Mo et du Cr-V étant similaires, le coût plus élevé des outils en Cr-Mo semble être une pratique commerciale difficile à justifier scientifiquement. Les perceptions se réalisent d'elles-mêmes, car les utilisateurs d'outils s'attendent parfois à voir certains alliages sur certains outils. Les chaînes d'approvisionnement se construisent autour de ces perceptions, ce qui peut rendre un alliage d'acier beaucoup plus rentable qu'un autre pour un produit particulier.

Qu'utilise l'UF ?

À l'UF, nous utilisons, entre autres, des alliages des familles chrome-molybdène et chrome-vanadium pour fabriquer nos outils. Une fois que les chaînes d'approvisionnement sont établies dans une industrie, il peut être plus efficace de ne pas varier les types d'acier au sein de ces chaînes d'approvisionnement. Par exemple, dans nos chaînes d'approvisionnement américaines, le chrome-molybdène 4140 est le plus facilement disponible sous la forme de tôle laminée dont nous avons besoin pour fabriquer nos clés à tête angulaire et le chrome-molybdène 8650 nickel est le plus facilement disponible pour fabriquer nos tournevis. Pour des raisons similaires, certaines de nos douilles à main et à percussion fabriquées à Taïwan utilisent un alliage 4140 Cr-Mo et d'autres un alliage 50BV30 Cr-V. Dans tous ces cas, les alliages répondent à toutes les spécifications de performance, et le choix se résume à la dynamique de la chaîne d'approvisionnement et au coût.

La méthode de fabrication peut également influer sur le choix des matériaux. Par exemple, la variante du chrome-vanadium appelée 50BV30 contient du bore et convient mieux à certains outils forgés à froid. L'ajout de bore permet à l'acier d'être doux pour le forgeage à froid et, après le forgeage, d'être hautement trempable grâce à un traitement thermique.

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