Cours sur les aciers.

Cours présenté par Sami, concernant les aciers. Merci à lui…

En voici le sommaire:

1)PRÉSENTATION
2)COMPOSITION
3)STRUCTURE
4)TRAITEMENTS THERMIQUES
4-1)Trempe
4-2)Trempe étagée
5) MISE EN FORME
6) CLASSIFICATION DES ACIERS
6-1) Aciers
6-2) Aciers alliés ou spéciaux
1. Aciers au nickel
2. Aciers au chrome
3. Aciers au nickel-chrome
4. Autres aciers alliés

1)PRÉSENTATION – Qu’est CE QU’UN ACIER

Acier, alliage de fer et de carbone contenant au maximum 1.8% de ce dernier. Contrairement à la fonte, l’acier est ductile : on le met facilement en forme par des compressions à froid.

2)COMPOSITION DE L’ACIER

Les constituants de l’acier sont alliés au fer. Ce sont le carbone (généralement entre 0,2 et 0,7%) et le silicium (entre 0,1 et 0,7% ou jusqu’à 4% dans certains aciers spéciaux). On trouve également le manganèse, entre 0,3 et 0,8%, ou entre 12 et 15% dans les aciers de grande dureté. Le manganèse permet également au fer de conserver sa capacité au soudage, qu’il perd lorsqu’il est allié à plus de 0,15% de carbone. Le soufre et le phosphore, ainsi que l’oxygène, sont des impuretés néfastes, même à une teneur de 0,1%. Le soufre abaisse la malléabilité de l’alliage ; le phosphore le fragilise. Dans de nombreux aciers spéciaux, on rencontre le nickel, le molybdène et le vanadium.

3)STRUCTURE DE L’ACIER

Les propriétés physiques des différents types d’acier dépendent avant tout de la teneur en carbone et de la manière dont l’élément est réparti dans le fer. Avant le traitement thermique, la plupart des aciers sont un mélange de ferrite et de cémentite. La ferrite, ductile, est un fer contenant de petites quantités de carbone et d’autres éléments en solution. La cémentite, composé de fer contenant environ 7% de carbone, est extrêmement cassante et dure. La dureté et la résistance d’un acier non traité dépendent des proportions de ces composants. La structure des aciers est facilement déterminée par métallographie, en particulier au moyen d’un microscope électronique.

4)TRAITEMENTS THERMIQUES DES ACIERS

4-1)Trempe
La trempe est le procédé de base du durcissement de l’acier par traitement thermique. Elle consiste à chauffer le métal à une température à laquelle se forme l’austénite (solution solide de carbone dans le fer), généralement vers 800 °C, puis à le refroidir brusquement dans de l’eau ou de l’huile. Cela conduit à la formation de martensite, composé qui confère à l’acier sa dureté. L’un des buts du traitement thermique est de contrôler la quantité, la taille, la forme et la répartition des particules de cémentite dans la ferrite. En effet, ces paramètres déterminent les propriétés physiques de l’acier.

4-2)Trempe étagée
Il existe de nombreuses variantes du procédé de base. Les métallurgistes ont découvert que l’austénite se transforme en martensite à la fin de la phase de refroidissement, et que cette réaction chimique s’accompagne d’un changement de volume qui peut faire craquer le métal si ce refroidissement est trop rapide. Plusieurs procédés relativement récents ont donc été mis au point pour éviter ce problème. Dans le procédé de la trempe étagée, l’acier est retiré de la trempe avant qu’il ne se transforme en martensite, puis est refroidi lentement à l’air ou à l’eau.

5) MISE EN FORME DE L’ACIER

L’acier est commercialisé sous différentes formes : tiges, tuyaux, rails de chemins de fer, pièces en T, poutrelles, etc. Elles sont fabriquées dans des aciéries par laminage et en modifiant la forme des lingots chauffés. Le procédé de base du travail de l’acier est le laminage à chaud. Le lingot est tout d’abord chauffé au rouge dans un four, puis est compressé en passant entre plusieurs paires de rouleaux métalliques qui lui confèrent la forme et la taille voulues. La distance entre les paires de rouleaux diminue au fur et à mesure que l’acier s’allonge et que son épaisseur diminue.

Les deux premiers rouleaux constituent le laminoir dégrossisseur. Les grosses barres d’acier carrées produites sont nommées « blooms ». L’acier passe ensuite sur des laminoirs de finissage, qui le réduisent à une section correcte. Certains rouleaux de laminoirs sont rainurés lorsque l’acier est destiné à être utilisé comme rails de chemins de fer ou comme poutrelles.

6) CLASSIFICATION DES ACIERS

Acier : production et utilisations

6-1) Aciers ordinaires
Constituant plus de 90% des aciers, ils contiennent des quantités variables de carbone (1,8% au maximum), de manganèse (de 0,3 à 0,5%), de silicium (de 0,1 à 0,6%), de soufre (0,05% au maximum) et de phosphore (moins de 0,05%). Ils entrent dans la fabrication de machines, d’automobiles, dans la construction de bâtiments, de coques de bateaux. Cependant, pour des applications particulières, on leur préfère les aciers spéciaux.

6-2) Aciers alliés ou spéciaux
1. Aciers au nickel
Les aciers au nickel contiennent de 2 à 40% de nickel. On emploie les aciers à faible teneur dans les pièces de moteurs, car ils ont un bon pouvoir trempant et de bonnes caractéristiques mécaniques. Lorsqu’il est en quantité suffisante, le nickel apporte à l’acier une excellente résistance à la corrosion.

2. Aciers au chrome
Les aciers au chrome contiennent de 1 à 18% de chrome ; ce dernier augmente la résistance du matériau à la rupture, mais le fragilise également. Lorsque la teneur en chrome est inférieure à 4%, ces alliages sont utilisés comme aciers à roulement et à outils.

3. Aciers au nickel-chrome
Parmi les aciers au nickel-chrome, on différencie les aciers perlitiques (6% de nickel et 2% de chrome au maximum), employés en construction mécanique, des aciers austénitiques, contenant davantage de chrome et de nickel, et correspondant aux aciers inoxydables et à certains aciers réfractaires (résistants aux températures élevées). Les aciers inoxydables sont souvent brillants. Par ailleurs, ils résistent à la corrosion, cela étant dû à la présence de chrome (plus de 10%). Certains présentent une grande dureté, même soumis à des températures extrêmes pendant de longues périodes. En raison de leur surface satinée, les architectes les utilisent souvent à des fins décoratives. Les aciers inoxydables sont employés dans la fabrication des tuyaux, des réservoirs des raffineries de pétrole, des avions, des capsules spatiales, des ustensiles de cuisine (l’acier inoxydable n’altère pas la nourriture et se nettoie facilement).

4. Autres aciers alliés
Les aciers au manganèse présentent une bonne résistance à l’usure : on les emploie dans la fabrication de rails, par exemple. Les aciers au silicium entrent dans la composition de ressorts ; ceux au tungstène servent d’aimants permanents.