Acier au carbone
L'acier au carbone ou l'acier ordinaire au carbone est un alliage métallique. C'est une combinaison de deux éléments, le fer et le carbone. D'autres éléments sont présents en quantités trop faibles pour affecter ses propriétés. Les seuls autres éléments autorisés dans l'acier ordinaire au carbone sont : le manganèse (1,65 % maximum), le silicium (0,60 % maximum) et le cuivre (0,60 % maximum). L'acier à faible teneur en carbone a les mêmes propriétés que le fer, c'est-à-dire qu'il est doux mais facile à former. Avec plus de carbone, le métal gagne en dureté et en résistance, mais devient moins ductile et plus difficile à souder. Une teneur en carbone plus élevée abaisse le point de fusion de l'acier et sa résistance à la température en général.
Types d'acier au carbone
Les compositions typiques du carbone sont :
- Acier doux (à faible teneur en carbone) : environ 0,05 % à 0,25 % de teneur en carbone avec une teneur en manganèse allant jusqu'à 0,4 % (par exemple, acier AISI 1018). Moins résistant mais bon marché et facile à façonner ; la dureté de surface peut être augmentée par cémentation.
- Acier à teneur moyenne en carbone : environ 0,14% à 0,84% de teneur en carbone avec 0,60 à 1,65% de teneur en manganèse (par exemple, acier AISI 1040). Équilibre la ductilité et la résistance et possède une bonne résistance à l'usure ; utilisé pour les grandes pièces, le forgeage et les pièces automobiles.
- Acier à haute teneur en carbone : environ 0,59% à 0,65% de teneur en carbone avec 0,30 à 0,90% de teneur en manganèse. Très résistant, utilisé pour les ressorts et les fils à haute résistance.
- Acier à très haute teneur en carbone : environ 0,96% à 2,1% de teneur en carbone, spécialement traité pour produire des microstructures atomiques et moléculaires spécifiques.
L'acier peut être traité thermiquement, ce qui permet de fabriquer des pièces dans un état mou facilement guérable. S'il y a suffisamment de carbone, l'alliage peut être durci pour augmenter la solidité, l'usure et la résistance aux chocs. Les aciers sont souvent travaillés à froid, c'est-à-dire en déformant le métal à une température d'équilibre ou de stabilité méta.
Métallurgie
L'acier doux est la forme d'acier la plus courante car son prix est relativement bas alors qu'il offre des propriétés matérielles acceptables pour de nombreuses applications. L'acier doux a une faible teneur en carbone (jusqu'à 0,3 %) et n'est donc ni extrêmement cassant ni ductile. Il devient malléable lorsqu'il est chauffé et peut donc être forgé. Il est également souvent utilisé lorsque de grandes quantités d'acier doivent être formées, par exemple comme acier de construction. La densité de ce métal est de 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³) et sa résistance à la traction est de 500 MPa (72500 psi) au maximum
Les aciers au carbone qui peuvent subir avec succès un traitement thermique ont une teneur en carbone comprise entre 0,30 % et 1,70 % en poids. Des traces d'impuretés de divers autres éléments peuvent avoir un effet significatif sur la qualité de l'acier obtenu. Des traces de soufre rendent l'acier "rouge", ce qui est un défaut : l'acier est cassant et friable. L'acier au carbone faiblement allié, tel que la qualité A36, contient environ 0,05 % de soufre et fond vers 1426-1538 °C (2600-2800 °F). Du manganèse est souvent ajouté pour améliorer la trempabilité des aciers à faible teneur en carbone. Ces ajouts transforment le matériau en un acier faiblement allié selon certaines définitions, mais la définition de l'acier au carbone de l'AISI autorise jusqu'à 1,65 % de manganèse en poids.
L'acier trempé se réfère généralement à l'acier trempé ou trempé et revenu.
Silver Steel ou acier brillant à haute teneur en carbone, tire son nom de son apparence, en raison de sa forte teneur en carbone. Il s'agit d'un acier à très haute teneur en carbone, ou peut être considéré comme l'un des meilleurs aciers à haute teneur en carbone. Il est défini dans les normes de spécification de l'acier BS-1407. Il s'agit d'un acier à outils à 1 % de carbone qui peut être rectifié avec des tolérances très serrées. En général, la gamme de carbone est de 1,10 % minimum, mais peut atteindre 1,20 %. Il contient également des oligo-éléments de 0,35 % Mn (plage de 0,30 % à 0,40 %), 0,40 % Cr (plage de 0,4 % à 0,5 %), 0,30 % Si (plage de 0,1 % à 0,3 %), et parfois aussi du soufre (max. 0,035 %) et du phosphore (max. 0,035 %). L'acier à l'argent est parfois utilisé pour la fabrication de rasoirs droits, en raison de sa capacité à produire et à maintenir un tranchant micro-fin.
Traitements thermiques
L'objectif du traitement thermique de l'acier ordinaire au carbone est de modifier les propriétés mécaniques de l'acier, généralement la ductilité, la dureté, la limite d'élasticité et la résistance aux chocs.
Diagramme de phase fer-carbone, montrant les plages de température et de carbone pour certains types de traitements thermiques.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que l'acier au carbone ?
R : L'acier au carbone est un alliage métallique composé de deux éléments, le fer et le carbone.
Q : D'autres éléments peuvent-ils être présents dans l'acier au carbone ordinaire ?
R : Oui, d'autres éléments tels que le manganèse (1,65 % maximum), le silicium (0,60 % maximum) et le cuivre (0,60 % maximum) peuvent être présents en petites quantités.
Q : Quelles sont les propriétés de l'acier ordinaire à faible teneur en carbone ?
R : L'acier ordinaire à faible teneur en carbone a les mêmes propriétés que le fer : il est mou et se forme facilement.
Q : Comment l'ajout de carbone affecte-t-il les propriétés de l'acier au carbone ?
R : L'ajout de carbone permet au métal de gagner en dureté et en résistance, mais il devient moins ductile et plus difficile à souder.
Q : Y a-t-il une limite à la quantité de manganèse pouvant être présente dans l'acier ordinaire au carbone ?
R : Oui, la quantité maximale de manganèse pouvant être présente dans l'acier au carbone ordinaire est de 1,65 %.
Q : Une teneur en carbone plus élevée a-t-elle une incidence sur le point de fusion de l'acier ?
R : Oui, une teneur en carbone plus élevée abaisse le point de fusion de l'acier.
Q : Une teneur en carbone plus élevée affecte-t-elle la résistance à la température de l'acier en général ?
R : Oui, une teneur en carbone plus élevée diminue également la résistance à la température de l'acier en général.
