L'acier dévoilé : 9 propriétés clés, définitions et caractéristiques

Dans cet article, vous apprendrez Qu'est-ce que l'acier ? Sa Définition, Caractéristiques et Propriétés sont toutes expliquées avec images.

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Qu'est-ce que l'acier ?

Contrairement aux autres formes de fer, l'acier est composé de fer mélangé à du carbone pour améliorer sa résistance et sa résistance à la fracture. De plus, de nombreux autres éléments peuvent être présents ou ajoutés. En tant que métal de base pour l'acier, le fer joue un rôle très important.

La résistance et le faible coût de l'acier en font un excellent matériau pour la construction, les infrastructures, les outils, les navires, les trains, les voitures, les machines, les appareils électriques, les armes et les fusées. La production d'acier a commencé dans des fours à bloom il y a des milliers d'années, mais son usage industriel a débuté avec l'introduction du haut fourneau au 17e siècle, qui a produit l'acier au creuset.

Les propriétés mécaniques de l'acier déterminent s'il dure longtemps et efficacement dans les applications les plus abrasives et intensives en usure, ou s'il échoue fréquemment ou catastrophiquement. Il existe de nombreux types d'acier, chacun avec des propriétés uniques affectant sa performance.

Lors de la sélection du bon grade d'acier résistant à l'abrasion, comprendre ces propriétés est crucial. Commençons.

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Voici les caractéristiques importantes de l'acier :

1. Usinabilité
2. Soudabilité
3. Trempabilité
4. Travailabilité (Cintrage ou Formage)
5. Résistance à l'usure
6. Résistance à la corrosion

#1 Usinabilité

Pour la coupe ou l'enlèvement de matière pour designs uniques, l'usinabilité de l'acier doit jouer un rôle dans la sélection du matériau. L'usinabilité dépend de nombreux facteurs, comme quand le matériau durcit, cela réduit la durée de vie de l'outil et augmente le coût de la pièce.

Généralement, la teneur en carbone de l'acier affecte significativement son usinabilité. Les aciers à haute teneur en carbone sont beaucoup plus difficiles à usiner car plus résistants et peuvent contenir des carbures qui corrodent l'outil de coupe.

À l'inverse, les aciers à faible teneur en carbone posent problème par leur tendresse. Ils ont tendance à coller à l'outil de coupe, créant un rapport de coupe qui raccourcit la durée de vie de l'outil. Ainsi, l'acier avec une teneur modérée en carbone, environ 0,20 %, a la meilleure usinabilité.

#2 Soudabilité

La soudabilité est une propriété de l'acier décrivant sa facilité d'utilisation en fabrication. Comme son nom l'indique, elle réfère à sa capacité à être soudé. Les matériaux à faible soudabilité sont sujets à la fissuration due aux contraintes locales et au chauffage au joint de soudure.

La soudabilité est inversement proportionnelle à la dureté du matériau. Ainsi, si un matériau est trempable, il tendra à durcir pendant le soudage, causant fragilité et fissuration.

Plusieurs modes de rupture mesurent la soudabilité de l'acier : fissuration à froid induite par l'hydrogène, déchirure lamellaire, décollement de points de soudure. Le plus important est la fissuration à froid induite par l'hydrogène.

#3 Trempabilité

La trempabilité de l'acier mesure dans quelle mesure le matériau durcira en présence de chaleur après traitement thermique. Ne pas confondre avec la dureté, qui considère la résistance à l'indentation et au rayage.

Propriété essentielle pour le soudage, inversement proportionnelle à la soudabilité : plus la trempabilité augmente, plus la soudabilité diminue, et vice versa. Les aciers à haute dureté peuvent avoir des niveaux de dureté spécifiés en phase de conception.

C'est la norme pour l'outillage et applications exigeant durabilité de surface. On peut personnaliser les propriétés d'un matériau en ajustant sa dureté, car dureté et ductilité sont inversément liées.

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#4 Travailabilité (Cintrage ou Formage)

La travailabilité est la capacité d'un matériau à se déformer dans un procédé de travail des métaux. Cela affecte la facilité de cintrage ou formage. Couramment utilisée pour former tôles ou plaques d'acier en diverses formes, des panneaux de carrosserie aux gros tubes d'acier laminés.

La dureté et la ductilité d'un métal affectent grandement la travailabilité. L'acier à haute teneur en carbone a faible ductilité, le rendant moins travaillable que l'acier à faible teneur en carbone, très ductile. La travailabilité peut être augmentée par chauffage du métal, appelé travail à chaud.

En chauffant le métal, sa ductilité augmente et la limite d'élasticité diminue, augmentant la travailabilité. Utilisable pour aciers à haute résistance qui fissurent habituellement en formage à froid.

#5 Résistance à l'usure

Pour fabriquer un tranchant ou une matrice d'estampage, la résistance à l'usure de l'acier déterminera combien de temps l'outil durera avant rupture. C'est la capacité d'un matériau à résister à la perte de matière par action mécanique : abrasion, érosion, adhérence, fatigue, cavitation.

Le diamant et le saphir ont une résistance à l'usure exceptionnelle, idéaux pour pierres précieuses ou outils de coupe exigeants. La résistance à l'usure est grandement affectée par la dureté de surface. La haute dureté de surface d'une lime lui permet d'user d'autres métaux moins durs sans s'user significativement.

#6 Résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion décrit la capacité d'un matériau à résister aux dommages par oxydation ou autres réactions chimiques. Différents métaux ont différents niveaux de résistance.

Métaux exposés à la pluie, eau, humidité, ou tout ce qui peut oxyder la surface sont vulnérables à la corrosion.

La corrosion peut être contrôlée avec acier inoxydable ou galvanisé, titane, aluminium, acier auto-patinable, et couche d'étanchéité comme peinture. Ces métaux sont hautement résistants mais pas à l'épreuve de la corrosion.

Si le métal est exposé au vide, la rouille apparaîtra après assez de temps. Donc maintenance et surveillance de prévention de corrosion requises pour tout composant critique. Il faut calculer le taux de corrosion pour déterminer les recommandations de maintenance.

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Propriétés de l'acier

Quelques-unes des principales propriétés de l'acier :

1. Dureté
2. Tenacité
3. Limite d'élasticité (Re)
4. Résistance à la traction
5. Ductilité
6. Durabilité
7. Malléabilité
8. Magnétique
9. Conductivité thermique

#1 Dureté

Image: fractory.com

La dureté est la capacité à résister au frottement et à l'abrasion, mesurant la durabilité. C'est la propriété de matériau la plus mal définie car elle peut indiquer résistance au rayage, à l'abrasion, à l'indentation ou déformation, ou à la déformation plastique localisée.

#2 Tenacité

La ténacité est la propriété de l'acier définie comme sa capacité à absorber l'énergie sans se fracturer ni casser. Simplement, c'est la résistance d'un matériau à la fracture sous contrainte. Dépend fortement de la résistance et de la flexibilité.

Mesurée en ft-lb/pouce² ou J/cm². L'acier peut avoir une ténacité satisfaisante sous charge statique mais échouer sous charge dynamique ou impact. Indiquée par la dureté comme un matériau se déformant sévèrement sans casser, extrêmement tenace mais pas dur.

#3 Limite d'élasticité

La limite d'élasticité (Re) mesure la force requise pour initier la déformation (cintrage ou gauchissement) d'un matériau. En termes simples, c'est la force maximale appliquée à un objet avant qu'il ne change de forme et structure. Importante pour choisir le matériau adapté à la construction selon les exigences.

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#4 Résistance à la traction

Image: azom.com

La résistance à la traction mesure la force requise pour rompre un matériau. Celle de l'acier est presque aussi élevée, le rendant relativement imperméable à la fissure ou rupture, important pour la construction de structures. Résistance à la traction typique pour acier de construction : 400 MPa, pour acier au carbone : 841 MPa.

#5 Ductilité

Image: thoughtco.com

Une des précieuses propriétés mécaniques de l'acier est sa ductilité : capacité à changer de forme sous l'influence d'une force sans se fissurer. Une des propriétés mécaniques les plus importantes.

La propriété permettant de le former en diverses formes et structures. Permet son utilisation comme fils minces ou grandes pièces et panneaux automobiles, selon forme et structure.

#6 Durabilité

Image: blog.dahlstromrollform.com

La durabilité d'un métal réfère à sa capacité à résister à l'abrasion, la pression et les dommages sur longue période. L'acier est aussi un métal hautement durable. Comme il est fort et ductile, il est hautement résistant aux dommages accidentels.

L'acier étant un métal composé de fer et carbone en combinaison particulière, il est remarquablement imperméable à la plupart des éléments, parfait pour zones côtières et villes avec vents forts, tempêtes fréquentes, conditions difficiles.

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#7 Malléabilité

Image: hevvypumps.com

Quand les métaux sont malléables, ils peuvent être battus, pressés ou pliés en feuilles minces ou épaisses sans casser, indiquant la propriété physique de malléabilité. Simplement, c'est la propriété d'un métal à se déformer sous pression et prendre une autre forme.

#8 Magnétique

Image: monnigindustry.com

L'acier est aussi un matériau magnétique, mais cela dépend du type d'acier. Pour les bocaux en acier, les composants sont ferromagnétiques comme le fer, bien attirés par aimants. L'acier inoxydable austénitique n'est pas magnétique à cause de la haute concentration en chrome et nickel.

#9 Conductivité thermique

Image: stainless-structurals.com

La conductivité thermique est le taux de transport de l'énergie thermique à travers un matériau. Mesurée en watts par mètre par degré Kelvin (W/(m·K)). Un matériau à haute conductivité transporte la chaleur vite et efficacement.

L'acier au carbone a très faible conductivité comparé à l'aluminium. Environ 45 W/(m·K). Conductivité électrique à température ambiante : ~6 millions de siemens/mètre. Première propriété physique déterminant la conductivité de l'acier.

Conclusion

C'est tout. Merci de votre lecture. J'espère avoir couvert tout sur les « Propriétés de l'acier ». Si j'ai oublié quelque chose ou si vous avez des doutes, dites-le en commentaire. Si vous avez aimé, partagez avec vos amis.

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