L’acier est devenu une marchandise de choix avec des milliers de variations différentes en fonction de l’usage auquel il est destiné, alors explorons les différents types d’acier les plus fréquemment utilisés, leurs propriétés distinctives ainsi que leurs utilisations.
Le fer est le minéral le plus abondamment disponible réparti dans le noyau et le manteau terrestre, bien qu’il soit extrêmement mou sous sa forme pure et doive être oxydé en oxyde de fer. La faible résistance et durabilité de cette forme entrave considérablement l’utilisation du fer. Pour améliorer ces propriétés, on ajoute jusqu’à 2 % de carbone au fer pur, ce qui produit une substance très durable et dure appelée acier.
En raison de sa grande résistance à la traction et de sa solidité, l’acier est utilisé pour fabriquer tout, des aiguilles à coudre aux pétroliers, ainsi que les outils nécessaires à leur production. Pourtant, d’autres types de métaux sont souvent ajoutés à l’acier pour incorporer différentes qualités en fonction de l’utilisation prévue.
Ces ajouts métalliques ont produit 3 500 variations différentes d’acier jusqu’à présent, chacune portant des caractéristiques et des propriétés structurelles, chimiques et physiques différentes. Ce qui est encore plus surprenant, c’est que plus de 75 % de ces variations ont été introduites au cours des deux dernières décennies pour répondre aux demandes industrielles qui se développent rapidement.
Explorons les types d’acier les plus fréquemment utilisés, leurs propriétés distinctives et leurs utilisations :
Acier au carbone
La plupart de l’acier dans le monde est une forme d’acier au carbone. Il est composé de fer, de carbone et de quantités spécifiques variables d’autres éléments d’alliage. En tant que principal élément d’alliage des aciers au carbone, le carbone représente environ 90% de toute la production d’acier.
Il permet de créer un métal plus fort et beaucoup plus rigide. En effet, les atomes présents dans le carbone lui permettent de se déplacer dans le réseau cristallin du fer, déformant légèrement le réseau et remplissant les espaces entre les atomes métalliques.
Du fait de cette caractéristique, les produits en acier au carbone qui en résultent sont extrêmement durs. Ce qui détermine cette résistance est la quantité de carbone présente, ce qui permet de le classer en trois catégories :
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Acier à haut carbone
L’acier à haut carbone contient généralement environ 0,61 % à 1,5 % de carbone, ce qui donne un acier solide, cassant et dur. Pour améliorer sa résistance à l’usure, il subit un traitement thermique approprié. En plus d’être utilisé pour les fils et les ressorts à haute résistance, c’est un matériau utile pour la production de machines absorbant les chocs.
Acier au carbone moyen
Cette variante incorpore une teneur en carbone de 0,31% à 0,6%, ce qui donne un acier légèrement ductile avec une plus grande résistance à la traction que l’acier à faible teneur en carbone. Pour le durcir, il est souvent traité par trempe, une forme de traitement thermique. Parce qu’il est très malléable et peut être moulé dans une variété de formes et de tailles, ce type d’acier est le plus couramment utilisé parmi les trois. Des gratte-ciel aux clôtures, en passant par les ponts et les maisons, vous le verrez utilisé partout.
Acier à faible teneur en carbone
L’acier à faible teneur en carbone contient jusqu’à 0,3 % de carbone. S’il offre une malléabilité et une ductilité élevées, l’acier à faible teneur en carbone se caractérise par une faible résistance à la traction, qui peut certainement être améliorée par le processus de laminage à froid. Celui-ci consiste à laminer l’acier entre deux rouleaux polis dans des conditions de haute pression. Parmi ses utilisations les plus courantes, on trouve la production de tôles, de boîtes, de tuyaux, de chaînes, de fils, de boîtiers, de rivets, de châssis de véhicules, etc.
Source : Techpedia
Acier allié
L’acier allié est composé de quantités variables de différents métaux en plus du fer. Ces ajouts aident à manipuler les propriétés de l’acier pour servir des applications spécifiques. Des métaux tels que l’aluminium, le nickel, le silicium, le chrome, le manganèse, le titane et le cuivre sont utilisés dans une certaine mesure. L’utilisation de ces métaux permet d’obtenir des caractéristiques que l’on ne trouve pas dans l’acier au carbone. Les changements souhaités se produisent dans la résistance, la formabilité, la résistance à la corrosion, la ductilité et la trempabilité de l’acier.
Généralement plus sensible à différentes sortes de traitements, l’acier allié est utilisé dans des industries plus spécialisées comme les appareils, la construction navale et l’industrie automobile. Il peut se présenter sous des formes plus solides ou plus tactiles, celles qui ont une résistance élevée à la rouille ou celles qui sont plus adaptées au soudage.
L’acier allié est souvent utilisé pour fabriquer des pipelines, des pièces automobiles, des générateurs de puissance, des transformateurs et des moteurs électriques.
Selon la combinaison des éléments d’alliage, les aciers alliés englobent de nombreuses variations différentes. Nous avons rassemblé les types les plus largement utilisés :
Acier au tungstène
Le tungstène, également connu sous le nom de wolfram, est fondamentalement un métal argenté terne qui possède le point de fusion le plus élevé parmi tous les types de métaux dans leur forme la plus pure. Ce qui le distingue des autres types de métaux, c’est sa résistance et sa capacité à supporter des températures élevées. En raison de ces caractéristiques, différents alliages d’acier utilisent ce métal pour améliorer la résistance à la corrosion et à l’usure.
En plus de cela, les tuyères des moteurs de fusée utilisent l’acier au tungstène pour obtenir une résistance élevée à la chaleur. S’il est combiné avec du cobalt, du nickel et du fer, l’acier au tungstène peut être utilisé pour produire des aubes de turbine pour de nombreux types d’avions. En outre, de nombreuses autres machines et outils nécessitent une haute résistance à la chaleur, et donc, font usage de l’acier au tungstène.
Source : The balance
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Acier au nickel
L’alliage d’acier au nickel est parmi les alliages d’acier les plus utilisés dans le monde. Outre une forte teneur en nickel d’environ 3,5%, il comprend environ 0,35% de carbone. Sa particularité est que l’ajout de nickel renforce l’acier de construction sans diminution proportionnelle de la ductilité. Cette augmentation de la ténacité permet de résister aux fractures qui peuvent être causées par des impacts, des chocs et des charges élevés.
De plus, au moment de la trempe, le nickel diminue la valeur de la déformation de l’acier. L’acier au nickel offre une incroyable réactivité au traitement thermique car l’ajout de nickel abaisse la température de l’acier, ce qui le rend idéal pour le traitement thermique.
Source : Bright hub engineering
Acier au manganèse
L’acier au manganèse est un acier de durcissement au travail qui est composé de 11 à 14% de manganèse. En raison de ses excellentes caractéristiques d’écrouissage et de résistance à l’usure, l’acier au manganèse est utilisé dans la fabrication de voies ferrées complexes. D’autres applications contemporaines comprennent les godets de pelle, les armoires de grenaillage, les grattoirs, les plaques de sécurité anti-perçage, etc.
Source : West Yorkshire Steel
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Acier au vanadium
L’acier au vanadium est connu pour ses propriétés de résistance à la corrosion ainsi que pour sa capacité à absorber les chocs. En plus d’être utilisé pour les tuyaux et tubes transportant des produits chimiques, l’acier au vanadium est utilisé sous la forme d’une fine couche pour lier le titane à l’acier pour les applications aérospatiales. Aussi peu que 1% de vanadium et de chrome sont suffisants pour obtenir une résistance aux chocs et aux vibrations, ce qui le rend idéal pour les applications automobiles.
Source : mining.com
Acier au chrome
L’ajout de chrome abaisse le taux de refroidissement critique et augmente la résistance à l’écaillage, la résistance à l’usure et la résistance à haute température de l’acier. Il est principalement utilisé pour augmenter la résistance à la corrosion. Présentant une élasticité et une résistance à la traction élevées, l’acier au chrome est souvent utilisé pour fabriquer des pièces de machines et d’automobiles, des concasseurs de roches et des coffres-forts.
Source : Borinox
Acier au chrome-vanadium
L’acier au chrome-vanadium fait appel à la fois au chrome et au vanadium, combinant les caractéristiques de chacun. Doté d’une résistance à la traction extrêmement élevée, l’acier peut être facilement coupé mais n’est pas cassant. Les utilisations courantes comprennent les engrenages, les essieux, les bielles, les châssis de véhicules, etc.
Acier au silicium
En matière de force magnétique, l’acier au silicium est le matériau le plus important utilisé aujourd’hui. Alors que de petites quantités d’acier au silicium sont utilisées dans les transformateurs d’impulsions et les petits relais, des applications comme les grands moteurs et les générateurs utilisent des tonnes d’acier au silicium. Parmi ses propriétés, la réduction de la saturation, la résistivité, la magnétostriction et l’anisotropie magnétocristalline sont très recherchées. Avec un simple ajout de 1 à 2 % de silicium, l’acier est le plus largement utilisé pour produire des aimants permanents.
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Acier au molybdène
Agent d’alliage précieux pour les aciers, le molybdène contribue à améliorer la ténacité de l’acier, sa soudabilité, ainsi que sa résistance à la corrosion. Cela le rend idéal pour les aciers de construction, et ils sont donc largement utilisés dans les applications en environnement marin. Les oléoducs et gazoducs ainsi que les roulements à billes font également appel à l’acier au molybdène.
Source : Metalpedia
Acier au cobalt
Les alliages de cobalt offrent une formidable résistance à la corrosion, à l’usure, à la haute température et des propriétés magnétiques. Parmi les applications les plus résistantes du cobalt, citons les aubes et les godets de turbines à gaz. Pourtant, ce type d’acier est plus couramment utilisé pour fabriquer des outils de coupe.
Source : Science direct
Acier à l’aluminium
L’ajout d’aluminium permet d’intégrer la capacité à réfléchir la chaleur. Comprenant une densité d’environ un tiers de celle de l’acier, il est utilisé dans des applications où un faible poids et une grande résistance sont essentiels. Les aciers à l’aluminium sont ainsi largement utilisés pour fabriquer les systèmes d’échappement des motos et des voitures. Outre l’industrie automobile, l’acier d’aluminium est diversement utilisé dans la production d’énergie, l’architecture, la préparation des aliments, l’emballage, les applications de transmission électrique, etc.
Source : Aalco
Acier à outils
Les aciers à outils sont le type d’aciers utilisés pour produire différentes sortes d’outils utilisés à des fins très diverses, notamment les outils à impact, les outils de coupe tels que les outils de coutellerie, et autres. Ils sont constitués d’alliages métalliques tels que le tungstène, le cobalt, le molybdène et le vanadium en quantités variables. Ils sont non seulement durs et durables, mais aussi très résistants à la chaleur.
Selon le type d’outil à produire, la qualité de l’acier à outils diffère, ce qui donne lieu à de nombreuses variantes dans la catégorie des aciers à outils :
Acier à outils résistant aux chocs
Comme son nom l’indique, cette variante d’acier à outils est conçue pour offrir une haute résistance aux chocs à différents niveaux de température. Comprenant de faibles teneurs en carbone, en silicium et en molybdène, il est abrasif et modérément tenace. Cet acier est surtout utilisé pour fabriquer des outils tels que des tournevis, des poinçons, des ciseaux et des outils utilisés pour le rivetage.
Acier à outils à usage spécial
Cet acier à outils est spécifiquement conçu pour obtenir une ténacité et une malléabilité modérées, en utilisant une classe d’acier faiblement allié. Ils sont souvent utilisés pour la production de clés, de mandrins et de tarauds.
Acier à outils pour travail à chaud
L’acier à outils pour travail à chaud est utilisé pour produire des outils qui nécessitent une résistance élevée à la chaleur pendant des périodes prolongées, tels que ceux utilisés dans le forgeage, l’extrusion, le poinçonnage, le moulage et les lames de cisaillement à chaud.
Acier à outils durcissant à l’eau
Etant le type le moins cher, l’acier à outils durcissant à l’eau est l’acier à outils le plus largement utilisé dans la production d’outils. Pour incorporer la dureté dans les objets ou les outils, cet acier est trempé à l’eau. Présentant une résistance élevée à l’usure de surface, cet acier est souvent utilisé pour fabriquer des limes, des fraises, des marteaux, des lames et des articles similaires.
Acier à outils à haute vitesse
L’acier à outils à haute vitesse est composé d’alliages d’acier au tungstène, au molybdène et au vanadium. Ces composants sont durs et conservent leur dureté lorsqu’ils sont exposés à des températures élevées, ce qui aide à produire un acier parfait pour les machines à grande vitesse telles que les forets, les alésoirs, les scies, les poinçons, les tarauds, etc.
Acier à outils pour travail à froid
Cette variante d’acier à outils incorpore une teneur élevée en chrome pour obtenir une propriété de faible distorsion pendant la trempe, qui peut se faire à l’air ou à l’huile. Cette caractéristique signifie que les outils produits ne se fissurent pas facilement. En tant qu’acier très robuste, l’acier à outils pour travail à froid est idéal pour fabriquer des lames de couteau, des matrices d’estampage, des outils de frappe, etc.
Acier pour moules
L’acier pour moules fait appel à des aciers au carbone pour fabriquer des moules d’injection et de compression pour les plastiques. Plus, une autre application courante est le moulage sous pression du zinc.
Source : Science frappée
Acier inoxydable
Alors que l’acier inoxydable est composé de plusieurs alliages métalliques, le chrome sert d’élément principal, constituant 10 à 20% de la composition totale de l’acier. Précédemment connu sous le nom d’acier « inoxydable », l’acier inoxydable est très populaire en raison de son apparence et de sa grande résistance à la rouille. Précisément, il est environ 200 fois plus résistant à la rouille que les autres types d’acier, en particulier lorsque la quantité de chrome est supérieure à 11%.
En raison de sa capacité de haute résistance à la corrosion, l’acier inoxydable est le type d’acier le plus cher. En tant que type très durable, les aciers inoxydables sont capables de résister à l’usure qui ne manque pas de se produire à la suite d’une utilisation quotidienne. Pour renforcer encore sa résistance aux rayures et à la corrosion, la couche invisible de chrome sert à empêcher l’oxydation. Les autres composants métalliques qui composent l’acier inoxydable sont le molybdène et le nickel.
Selon l’application, les tailles et les qualités de l’acier inoxydable peuvent être différentes, et elles peuvent se présenter sous forme de feuilles, de barres, de tubes, de plaques et de fils. Sur la base de la structure cristalline et des propriétés mécaniques de l’acier inoxydable, on peut encore le classer en différents types :
Acier inoxydable ferritique
L’acier inoxydable ferritique contient environ 12 à 17 % de chrome, jusqu’à 0,1 % de carbone, des traces de nickel et d’autres métaux d’alliage en petites quantités comme l’aluminium, le molybdène et le titane. Si les aciers ferritiques sont résistants, solides et magnétiques, ils peuvent être encore renforcés par un travail à froid. Cependant, ils ne sont pas sensibles au traitement thermique, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas être durcis par cette technique.
Acier inoxydable austénitique
L’acier austénitique est beaucoup plus riche en chrome que ses homologues en acier inoxydable. La teneur en chrome dans ce type d’acier peut atteindre 18%, tandis que les autres éléments comprennent le nickel, constituant 8%, et le carbone à 0,8%. Même si l’acier austénitique ne répond pas aux traitements thermiques, il est populaire pour ses propriétés non magnétiques, ce qui en fait l’un des aciers les plus utilisés dans le monde. Certaines utilisations courantes comprennent la fabrication de tuyaux, d’équipements de transformation alimentaire et d’ustensiles de cuisine.
Acier inoxydable martensitique
Composé de 11 à 17% de chrome, l’acier martensitique contient environ 1,2% de carbone et moins de 0,4% de nickel. Les aciers martensitiques réagissent non seulement aux traitements thermiques mais englobent également des propriétés magnétiques. Les instruments dentaires et chirurgicaux, les couteaux, les lames et autres outils de coupe font appel à l’acier inoxydable martensitique.
Acier inoxydable duplex
L’acier duplex est simplement une combinaison d’aciers ferritiques et austénitiques, ce qui donne un acier beaucoup plus résistant que les deux individuellement. Il est non seulement soudable mais aussi résistant à la corrosion. Pourtant, il n’est pas fort magnétiquement.
Acier inoxydable à durcissement par précipitation
Cet acier est composé de 17% de chrome et de 4% de nickel, conduisant à une variété d’acier durci. En outre, certains autres métaux sont également ajoutés en quantités variables, y compris l’aluminium, le cuivre et le niobium. Ce type peut être moulé en différentes formes, ce qui en fait un matériau idéal pour les composants de moteurs et les fûts de déchets nucléaires. Il offre également une résistance modérée à la corrosion.