Acier à carbone moyen : propriétés, usages et avantages

L'acier est un alliage ferreux contenant 0,2 à 2,1 % de carbone. L'« acier au carbone » désigne celui où le carbone est l'élément d'alliage principal. L'acier à carbone moyen contient 0,30 à 0,60 % de carbone et 0,6 à 1,65 % de manganèse. Il offre un bon équilibre résistance/ductilité, très courant dans les pièces mécaniques.

Effet du carbone et autres éléments

Le fer pur est mou (réseau cristallin permettant le glissement des atomes). Le carbone réduit ce glissement, durcissant l'acier. Chrome, manganèse, tungstène, vanadium agissent aussi comme agents de trempe. Les proportions précises définissent les propriétés finales.

Applications principales

Plus de carbone = plus dur mais plus cassant → équilibre nécessaire. Usages courants : machines lourdes (axes, vilebrequins, accouplements, engrenages). Acier 0,4-0,6 % C : industrie ferroviaire (axes, rails, roues).

Traitement thermique

Le traitement thermique modifie considérablement les propriétés mécaniques (ductilité, dureté, résistance). Légère influence sur conductivité thermique/électrique. Méthodes variées.

Trempe et revenu : la méthode standard

La teneur en carbone et manganèse fait de la trempe et revenu le traitement le plus courant : chauffer sous 723 °C (1 333 °F), refroidir brutalement (huile/eau). Température et durée permettent de contrôler précisément les propriétés finales.

Cémentation (durcissement de surface)

Ne durcit que la surface : extérieur dur et résistant à l'usure, cœur plus ductile. Fréquent sur acier au carbone car difficile de tremper entièrement une pièce épaisse. Les aciers plus alliés se durcissent mieux et n'ont pas toujours besoin de cémentation.