influence des elements d'alliage

 
Carbone :
  Elément essentiel pour durcir l'acier, et la variation de la dureté HRC en fonction de la teneur en carbone d'un acier non allié. Au-delà de 0.6% de carbone, on atteint la zone des aciers à outils caractérisée par de hauts niveaux de dureté et qui correspond au domaine des aciers de travail à froid des aciers à coupe rapide. L'augmentation progressive de la teneur en carbone conduit à une réduction des domaines de température correspondant à la transformation à chaud et au traitement thermique.
   
   
Vanadium :
  Utilisé essentiellement comme élément générateur de carbures. C'est un élément d'alliage important dans les aciers rapides pour l'obtention d'une bonne dureté à chaud et une bonne résistance à l'usure.  De petites additions voisines de 0.2% en masse sont très efficace pour éviter le grossissement du grain lors du traitement thermique.  Le Vanadium est rarement utilisé seul dans les aciers à outils, mais la plupart du temps en association avec le chrome, molybdène et le tungstène. 
La teneur en vanadium est étroitement associée à la teneur en carbone. Pour chaque 1% de vanadium ajouté, il faut augmenter la teneur massive en carbone de 0.25%.  Des additions de vanadium trop importantes entraînent des problèmes de trempabilité, et des additions de carbone trop importantes entraînent des difficultés de forgeage.
 
   
Chrome :
 

Cet élément est utilisé dans la plupart des aciers à outils, en quantité allant de 0.5 à 17%. Le chrome joue un rôle essentiel dans l'augmentation de la trempabilité. Il forme des carbures qui participent à la résistance à l'abrasion et s'opposent au grossissement de grains lors de l'austénitisation. Il provoque, par ailleurs, un certain retard à l'adoucissement lors du revenu, ce qui améliore la résistance à chaud. Il entraîne également une très forte réduction de l'oxydation à haute température.
   
   
Tungstène :
 

Le tungstène ne se met que très peu en solution dans la cémentite, mais donne naissance à des carbures de haute dureté conférant aux aciers une grande résistance à l'usure. 
De plus il offre, il offre la possibilité de durcissement secondaire. 
Par la présence de carbures primaires, le tungstène diminue la tendance des aciers au grossissement du grain par surchauffe. 
Sa forte masse atomique en font un élément très ségrégé, d'ou une augmentation sensible de l'hétérogénéité de l'acier. 
Les aciers à outils au tungstène sont peu sensibles à la décarburation, mais ont une résistance thermique assez faible..
   
Molybdène :
  Ils se comportent comme le Tungstène.
Les aciers au molybdène présentent par rapport aux aciers au tungstène, un certain nombre d’avantages et d’inconvénients :
Avantages : meilleure ductilité et densité plus faible.
Inconvénients : plus grande sensibilité á la décarburation et au phénomène d'oxydation catastrophique pour des maintiens entre 1000 et 1100 °C, plus grande sensibilité au phénomène de surchauffe, d'où réduction de la fourchette de température de trempe.
   
Cobalt :
  II est communément ajouté en quantités variables entre 3 et 15 %, notamment dans les aciers rapides qui travaillent dans des conditions sévères. II  permet d'effectuer la trempe à des températures plus élevées. 
II accroît la dureté à chaud dans toute l'échelle de température allant de l'ambiante à 600 °C et retarde le sur vieillissement de l'acier au-delà du durcissement secondaire. 
II améliore également la résistance á l'oxydation catastrophique de l'acier lors du chauffage entre 1000 et 
1100 °C, surtout pour des teneurs supérieures à 5 %. 
Par contre, il diminue la ductilité de l'acier pour des teneurs supérieures à 3 % et a une action néfaste sur la trempabilité, si bien que les nuances à forte teneur en cobalt posent des problèmes d'obtention de dureté pour des outillages de dimensions importantes..
 
   
Silicium :
  II se trouve dans tous les aciers á outils à une teneur voisine de 0,3 %, car il est utilisé comme désoxydant dans l'acier liquide au stade final de l'élaboration. Il peut être avantageux d'augmenter sa teneur jusqu'aux environs de 1 % pour plusieurs raisons :

? Réduction de la sensibilité á l'oxydation catastrophique entre 1000 et 1100 °C pouvant contrebalancer les influences néfastes du molybdène et du vanadium;

? Augmentation de la trempabilité par effet de synergie avec des éléments comme le molybdène ;

? Augmentation de la dureté et de la résistance á l'adoucissement dans le domaine de température de
revenu 150-300 °C;
   
Nickel :
  Le nickel, à l'exception de certains aciers d'outillages à chaud, se trouve simplement comme élément résiduel dans les aciers à outils, à des teneurs inférieures á 0,3 %. 
En raison de son influence directe sur le taux d'austénite résiduelle après trempe, cet élément entraîne des difficultés de traitement thermique au revenu dans les aciers à outils chargés en carbone et éléments carburigénes . 
Il a une  influence favorable sur la trempabilité, la résistance aux chocs et la ténacité des calamines, ainsi que son influence plutôt défavorable sur la résistance au revenu.
   
Manganèse :
  Le Manganèse a, sur le comportement des aciers à outils, une influence analogue á celle du nickel. II se trouve, en général, présent comme élément résiduel á des teneurs comprises entre 0,3 et 0,5 %.
Certains aciers à outils contiennent jusqu'à 2 % de manganèse pour des problèmes de trempabilité et, jusqu'à 1 % de cet élément lorsqu'ils sont resulfuré.
   
Azote :
  L'azote a une solubilité très faible (0,04 %) dans l'acier á l'état liquide. 
L'addition de certains éléments comme le chrome, le manganèse, le molybdène et le vanadium entraîne une augmentation de la solubilité de cet élément et il est possible de conserver des teneurs comprises entre 0,10 et 0,13 % après solidification de certains aciers à haute teneur en chrome et vanadium (aciers à coupe rapide par exemple). 
Ajouté en substitution partielle au carbone, l'azote entraîne une augmentation des propriétés mécaniques à chaud et de la résistance á la corrosion d'aciers à outils contenant des additions importantes de chrome; par contre, il entraîne un abaissement de la ductilité, de l'aptitude au soudage ainsi que de l'aptitude à l'usinage par certains procédés non conventionnels comme l'électroérosion.
 
   
Soufre :
  Le soufre, incorporé dans les aciers à outils jusqu'à des teneurs voisines de 0,1 %, permet d'améliorer l'usinabilité et l'état de surface des outils. Cette amélioration est d'autant plus importante que l'acier contient plus de carbone et d'éléments carburigènes. 
La réduction de ductilité provoquée par les additions de soufre n'est pas très importante dans le domaine des aciers à outils car les inclusions de sulfures sont en général associées aux carbures. Pour des teneurs en soufre supérieures à 1 %, les propriétés de résistance à l'usure de l'acier sont fortement affectées.
   
Aluminium :
  L'aluminium a été, jusqu'à présent peu ajouté dans les aciers à outils en raison de son rôle néfaste sur les propriétés de mise en oeuvre telles que la transformation á chaud, l'usinabilité et l'aptitude á la rectification, ainsi que sur les caractéristiques de ténacité et de trempabilité. 
Toutefois, les progrès réalisés dans les modes d'élaboration permettent d'envisager des additions importantes (supérieures ou égales á 1 %) dans certains aciers à haute teneur en carbone. Cette addition d'aluminium entraîne des effets remarquables sur l'évolution des micro-structures au cours des cycles thermiques.
   
Niobium :
  Le niobium, au même titre que le vanadium, contribue également á donner aux aciers à outils une bonne résistance à l'usure.
   
   
Titane :
  Le titane, peut être ajouté dans certains aciers à outils de forte résistance à l'usure. Toutefois, le taux d'addition doit être rigoureusement contrôlé pour éviter de trop gros amas de carbures tout á fait préjudiciables pour les problèmes de mise en oeuvre par rectification ou électroérosion.