L'acier : propriétés, utilisations et types expliqués

Qu'est-ce que l'acier ?

L'acier est un alliage composé de fer avec généralement quelques dixièmes de pourcent de carbone pour améliorer sa résistance et sa résistance à la fracture par rapport aux autres formes de fer. De nombreux autres éléments peuvent être présents ou ajoutés. Les aciers inoxydables résistants à la corrosion et à l'oxydation nécessitent généralement 11 % de chrome supplémentaires.

En raison de sa haute résistance à la traction et de son faible coût, l'acier est utilisé dans les bâtiments, les infrastructures, les outils, les navires, les trains, les voitures, les machines, les appareils électriques et les armes. Le fer est le métal de base de l'acier.

Selon la température, il peut prendre deux formes cristallines (formes allotropiques) : cubique centré et cubique à faces centrées. L'interaction des allotropes du fer avec les éléments d'alliage, principalement le carbone, donne à l'acier et à la fonte leur gamme de propriétés uniques.

Dans le fer pur, la structure cristalline a relativement peu de résistance au glissement des atomes de fer les uns par rapport aux autres, et donc le fer pur est assez ductile, ou mou et facilement formé. Dans l'acier, de petites quantités de carbone, d'autres éléments et d'inclusions dans le fer agissent comme agents de durcissement qui empêchent le mouvement des dislocations.

Quand l'acier a-t-il été inventé ?

La plus ancienne production connue d'acier est visible dans des pièces d'objets en fer excavées d'un site archéologique en Anatolie (Kaman-Kalehöyük) et a près de 4 000 ans, datant de 1800 av. J.-C. Horace identifie des armes en acier telles que la falcata dans la péninsule ibérique, tandis que l'acier norique était utilisé par l'armée romaine.

L'acier est-il un métal ?

Puisque l'acier est un alliage, ce n'est pas un élément pur et, par conséquent direct, ce n'est pas réellement un métal. Au lieu de cela, c'est en fait une variante d'un métal. Bien que l'acier soit composé de fer — qui est un métal — le carbone non métallique dans sa composition chimique signifie qu'il n'est pas un métal pur, donc il ne peut pas être classé comme tel.

Voilà. L'acier n'est pas un métal.

Composition de l'acier

L'acier est un alliage de fer et de carbone dans lequel la teneur en carbone varie jusqu'à 2 pour cent (avec une teneur en carbone plus élevée, le matériau est défini comme de la fonte). De loin le matériau le plus largement utilisé pour construire les infrastructures et les industries du monde, il est utilisé pour fabriquer tout, des aiguilles à coudre aux pétroliers. En outre, les outils nécessaires pour construire et fabriquer de tels articles sont également en acier.

L'acier est un alliage de fer et de carbone contenant moins de 2 % de carbone et 1 % de manganèse et de petites quantités de silicium, phosphore, soufre et oxygène. L'acier est le matériau d'ingénierie et de construction le plus important au monde.

Il est utilisé dans tous les aspects de nos vies ; dans les voitures et les produits de construction, les réfrigérateurs et les machines à laver, les cargos et les scalpels chirurgicaux.

Propriétés de l'acier

L'acier a un certain nombre de propriétés, notamment la dureté, la ténacité, la résistance à la traction, la limite d'élasticité, l'allongement, la résistance à la fatigue, la corrosion, la plasticité, la malléabilité et le fluage.

Les propriétés les plus importantes dans l'acier résistant à l'usure et à l'abrasion sont :

DURETÉ est la capacité du matériau à résister au frottement et à l'abrasion. Il convient de noter que, bien que cela puisse signifier la même chose que la résistance et la ténacité dans le langage courant, cela est très différent de la résistance et de la ténacité dans le contexte des propriétés des métaux.
TÉNACITÉ est difficile à définir mais est généralement la capacité à absorber de l'énergie sans se fracturer ou se rompre. Elle est également définie comme la résistance d'un matériau à la fracture lorsqu'il est sollicité. Elle est généralement mesurée en livres-pied par pouce carré ou en joules par centimètre carré. Il est important de distinguer cela de la dureté car un matériau qui se déforme sévèrement sans se briser pourrait être considéré comme extrêmement tenace, mais pas dur.
LIMITE D'ÉLASTICITÉ est une mesure de la force requise pour commencer la déformation du matériau (c.-à-d. pliage ou gauchissement).
RÉSISTANCE À LA TRACTION est une mesure de la force requise pour briser le matériau.
ALLONGEMENT (ou ductilité) est le « degré » auquel le matériau peut être étiré ou comprimé avant de se briser. Il est exprimé en pourcentage de la longueur testée et se situe entre la résistance à la traction et la limite d'élasticité (c.-à-d. quel pourcentage le matériau se plie avant de se briser).

Propriétés physiques de base de l'acier

L'acier a une densité de 7 850 kg/m³, ce qui le rend 7,85 fois plus dense que l'eau. Son point de fusion de 1 510 °C est plus élevé que celui de la plupart des métaux. En comparaison, le point de fusion du bronze est de 1 040 °C, celui du cuivre est de 1 083 °C, celui de la fonte est de 1 300 °C, et celui du nickel est de 1 453 °C. Le tungstène, cependant, fond à 3 410 °C, ce qui n'est pas surprenant puisque cet élément est utilisé dans les filaments d'ampoules.

Le coefficient de dilatation linéaire de l'acier à 20 °C, en µm par mètre par degré Celsius, est de 11,1, ce qui le rend plus résistant aux changements de taille avec les changements de température que, par exemple, le cuivre (16,7), l'étain (21,4) et le plomb (29,1).

De quoi l'acier est-il fait ?

L'acier est fabriqué par un alliage de fer et de carbone dans lequel la teneur en carbone varie jusqu'à 2 pour cent (avec une teneur en carbone plus élevée, le matériau est défini comme de la fonte).

Le fer, le composant élémentaire majeur de l'acier, est l'un des éléments les plus abondants dans la croûte terrestre. Tous les alliages d'acier sont principalement du fer et 0,002 à 2,1 % de carbone en poids. Dans cette gamme, le carbone se lie au fer pour créer une structure moléculaire forte. La microstructure de réseau résultante aide à atteindre certaines propriétés matérielles, comme la résistance à la traction et la dureté, sur lesquelles nous comptons dans l'acier.

Bien que tout l'acier soit fait de fer et de carbone, différents types d'acier contiennent différents pourcentages de chaque élément. L'acier peut également inclure d'autres éléments comme le nickel, le molybdène, le manganèse, le titane, le bore, le cobalt ou le vanadium. L'ajout de différents éléments à la « recette » d'un alliage d'acier affecte ses propriétés matérielles. La méthode de fabrication et le traitement de l'acier améliorent encore ces capacités.

Un groupe notable d'alliages d'acier contient du chrome. Tous ces alliages sont communément connus sous le nom d'acier inoxydable.

Quel est le point de fusion de l'acier ?

Le point de fusion de l'acier varie de 2 500 à 2 800 °F ou 1 371 à 1 540 °C. Pourquoi une gamme ? Pourquoi pas juste un seul point sur le thermomètre ? Contrairement à un métal pur comme le fer, l'acier est un alliage.

Cela dépend de l'alliage d'acier dont vous parlez. Le terme alliage est presque toujours utilisé incorrectement de nos jours, surtout parmi les cyclistes. Ils utilisent le terme pour signifier l'aluminium. Ce que le terme alliage signifie vraiment est un mélange de métaux, n'importe quel type de métaux. Presque tous les métaux utilisés aujourd'hui sont un mélange et donc un alliage.

La plupart des aciers ont d'autres métaux ajoutés pour ajuster leurs propriétés, comme la résistance, la résistance à la corrosion ou la facilité de fabrication. L'acier est simplement l'élément fer qui a été traité pour contrôler la quantité de carbone. Le fer, sorti du sol, fond à environ 1 510 degrés C (2 750 °F). L'acier fond souvent autour de 1 370 degrés C (2 500 °F).

Quel est le point de fusion de l'acier au carbone ?

Le point de fusion de l'acier varie de 2 500 à 2 800 °F ou 1 371 à 1 540 °C. Pourquoi une gamme ? Pourquoi pas juste un seul point sur le thermomètre ?

Contrairement à un métal pur comme le fer, l'acier est un alliage. Les métaux purs ont une température précise, qui est leur point de fusion. Les alliages, cependant, incluent plusieurs éléments avec différents points de fusion. Par conséquent, les alliages ne fondent ni ne gèlent à une température fixe.

L'acier est un alliage de fer et de carbone. L'acier inoxydable inclut également du chrome et généralement du nickel et d'autres éléments dans son alliage. L'ajout de chaque nouvel élément abaisse le point de fusion global. Cela s'appelle la dépression du point de fusion.

Quel est le point de fusion de l'acier inoxydable ?

Le point de fusion de l'acier inoxydable se situe entre 2 550 et 2 790 °F ou 1 400 et 1 530 °C.

Le point de fusion d'un type particulier d'acier inoxydable dépend de sa composition chimique exacte. Chaque élément apporte son propre point de fusion dans l'équation. Les éléments majeurs composant l'acier inoxydable sont le fer, le chrome et le nickel.

Le fer pur a un point de fusion fixe de 1 535 °C, le chrome de 1 890 °C et le nickel de 1 453 °C. Comparez ces chiffres à la gamme de 1 400 à 1 530 °C pour l'acier inoxydable.

Chaque grade d'acier inoxydable a un mélange d'éléments légèrement différent. Par conséquent, le point de fusion exact varie selon les différents grades.

Comment le point de fusion varie-t-il selon les différents grades ?

L'acier inoxydable se décline en cinq familles et plus de 150 grades. Seuls 15 de ces grades sont couramment utilisés, cependant.

Les deux grades d'acier inoxydable les plus populaires sont 304 et 316. Les deux grades font partie de la famille de l'acier inoxydable austénitique, qui comprend environ les deux tiers de l'acier inoxydable produit. L'acier inoxydable austénitique présente une structure cristalline cubique à faces centrées, qui reste constante à toutes les températures, de cryogénique au point de fusion.

Les points de fusion de l'acier inoxydable peuvent varier d'un minimum de 1 375 °C pour l'acier grade 316 à un maximum de 1 510 °C pour le grade 430. Le grade le plus courant, 304, a un point de fusion de 1 400 à 1 450 °C.

Différents types d'acier

Les quatre principaux types d'acier :

Acier au carbone
Acier allié
Acier inoxydable
Acier à outils

1. Acier au carbone

L'acier au carbone a un aspect terne, mat, et est connu pour être vulnérable à la corrosion. Dans l'ensemble, il existe trois sous-types : faible, moyen et haut carbone, avec le faible contenant environ 0,30 % de carbone, le moyen 0,60 % et le haut 1,5 %.

Le nom lui-même vient en réalité du fait qu'ils contiennent une très petite quantité d'autres éléments d'alliage. Ils sont exceptionnellement résistants, c'est pourquoi ils sont souvent utilisés pour fabriquer des couteaux, des fils à haute tension, des pièces automobiles et d'autres articles similaires.

Acier contenant jusqu'à 2 % de carbone
Acier ne contenant aucune quantité standard d'éléments qui le classeraient comme « acier allié » (par exemple, cobalt, nickel, tungstène, molybdène, titane, zirconium, vanadium, chrome, etc.)

Vous pouvez également remarquer le terme « acier au carbone » appliqué aux aciers avec moins de 0,4 % de cuivre ou aux aciers qui ont certaines teneurs en magnésium par rapport au cuivre, bien que ces définitions soient contestées selon les industries. Pour nos besoins, nous parlons des deux premières définitions.

Types d'acier au carbone

Il y a trois façons de classer l'acier au carbone — faible, moyen et élevé

Acier à faible teneur en carbone. L'acier à faible teneur en carbone (ou « acier doux au carbone » ou « acier au carbone ordinaire ») fait référence aux aciers au carbone qui ont jusqu'à 0,30 % de teneur en carbone. C'est, de loin, le type d'acier le plus courant sur le marché des métaux. Il y a quelques raisons à cela. Pour commencer, l'acier à faible teneur en carbone est relativement peu coûteux. De plus, puisque la teneur en carbone est inférieure à celle des aciers moyens et élevés, l'acier à faible teneur en carbone est facile à former et parfait pour les applications où la résistance à la traction n'est pas un problème immédiat, comme les poutres structurelles.
Acier à teneur moyenne en carbone. L'acier à teneur moyenne en carbone fait référence aux aciers au carbone qui ont entre 0,31 % et 0,60 % de teneur en carbone et entre 0,31 % et 1,60 % de magnésium. L'un des plus grands avantages de l'acier à teneur moyenne en carbone est sa résistance. Cependant, cela s'accompagne de certains compromis. L'acier à teneur moyenne en carbone a une faible ductilité et ténacité, le rendant plus difficile à former et à souder.
Acier à haute teneur en carbone. L'acier à haute teneur en carbone fait référence aux aciers au carbone qui ont entre 0,61 % et 1,50 % de teneur en carbone et entre 0,31 et 0,90 % de magnésium. En ce qui concerne la dureté et la ténacité, l'acier à haute teneur en carbone est l'acier au carbone de choix. Cependant, cela a un coût. Il est très difficile de souder, couper ou former l'acier à haute teneur en carbone.

2. Acier allié

Le type d'acier suivant est l'acier allié, ceux-ci sont fabriqués en combinant l'acier au carbone avec divers éléments d'alliage pour fournir des propriétés uniques à chaque acier. Il existe une gamme incroyablement large d'aciers alliés, mais certains des plus courants incluent le Chrome, le Cobalt, le Molybdène, le Nickel, le Tungstène, le Vanadium.

En raison de l'incroyable variété d'aciers alliés, vous pouvez créer des aciers avec presque toutes les propriétés possibles en utilisant des éléments d'alliage. Cela dit, certains de ces aciers sont relativement chers.

Ces derniers ont tendance à être plus résistants à la corrosion et sont favorisés pour certaines pièces automobiles, pipelines, coques de navires et projets mécaniques. Pour celui-ci, la résistance dépend de la concentration des éléments qu'il contient.

3. Acier à outils

L'acier à outils est célèbre pour être dur et résistant à la chaleur et à l'abrasion. Le nom dérive du fait qu'ils sont très couramment utilisés pour fabriquer des outils métalliques, comme des marteaux.

Ce sont des aciers utilisés pour les activités d'outillage telles que le forage. Couramment composés de molybdène, vanadium, tungstène et cobalt, les aciers d'outillage sont résistants à la chaleur, durables et résistants.

Il y a 6 grades d'acier à outils :

Trempe à l'air
Trempe à l'eau
Type D
Travail à chaud
Types résistant aux chocs
Trempe à l'huile

4. Acier inoxydable

Last but not least, les aciers inoxydables sont probablement le type le plus connu sur le marché. Ce type est brillant et a généralement environ 10 à 20 % de chrome, qui est leur principal élément d'alliage.

Cette combinaison permet à l'acier d'être résistant à la corrosion et très facilement moulé en formes variées. En raison de leur manipulation facile, flexibilité et qualité, l'acier inoxydable peut être trouvé dans l'équipement chirurgical, les applications domestiques, la coutellerie, et même mis en œuvre comme bardage extérieur pour les bâtiments commerciaux/industriels.

PLUS : Qu'est-ce que l'acier inoxydable ?

Utilisations de l'acier

Le fer et l'acier sont largement utilisés dans la construction de routes, voies ferrées, autres infrastructures, appareils et bâtiments. La plupart des grandes structures modernes, telles que les stades et les gratte-ciel, les ponts et les aéroports, sont soutenues par un squelette en acier. Même celles avec une structure en béton emploient l'acier pour le renforcement.

Quelques utilisations de l'acier sont données ci-dessous :

L'acier est respectueux de l'environnement et durable. Il possède une grande durabilité.
Comparé à d'autres matériaux, l'acier nécessite une faible quantité d'énergie pour produire une construction en acier léger.
L'acier est le matériau le plus recyclé au monde et peut être recyclé très facilement. Ses propriétés magnétiques uniques en font un matériau facile à récupérer du flux pour être recyclé.
L'acier peut être conçu sous diverses formes. Il donne une meilleure forme et un meilleur tranchant que le fer qui est utilisé pour fabriquer des armes.
Les aciers d'ingénierie sont utilisés pour les secteurs de l'ingénierie générale et de la fabrication.
L'acier est fortement utilisé dans l'industrie automobile. Différents types d'aciers sont utilisés dans une carrosserie de voiture, les portes, le moteur, la suspension et l'intérieur. En moyenne, 50 % d'une voiture est en acier.
L'acier réduit les émissions de CO2.
Tous les types de secteurs énergétiques demandent de l'acier pour l'infrastructure et l'extraction de ressources.
Les aciers inoxydables sont utilisés pour produire des plates-formes offshore et des pipelines.
Les aciers sont utilisés pour l'emballage et la protection des marchandises contre l'eau, l'air et l'exposition à la lumière.
La plupart des appareils ménagers comme le frigo, la TV, le four, les éviers, etc. sont en acier.
Les aciers sont utilisés pour produire des biens industriels comme les véhicules agricoles et les machines.
L'acier inoxydable est utilisé comme matériau de coutellerie.
En raison de sa capacité de soudage facile et de sa finition attrayante, l'acier est devenu une caractéristique importante de l'architecture moderne.
L'acier inoxydable donne un environnement hygiénique. C'est pourquoi il est utilisé pour les implants chirurgicaux.
L'acier a une gamme de températures plus large qui est utilisée pour fabriquer de grandes feuilles.
Les ressources énergétiques renouvelables comme le solaire, l'hydroélectrique et l'éolien utilisent des composants en acier inoxydable.
L'acier doux est utilisé pour la construction de bâtiments. C'est aussi un matériau de charpente de construction très apprécié.

FAQ

Qu'est-ce que l'acier ?

L'acier est un alliage de fer avec généralement quelques pour cent de carbone pour améliorer sa résistance et sa résistance à la fracture par rapport au fer. De nombreux autres éléments peuvent être présents ou ajoutés. Les aciers inoxydables résistants à la corrosion et à l'oxydation nécessitent généralement 11 % de chrome supplémentaires.

De quoi l'acier est-il fait ?

L'acier, un alliage de fer et de carbone dans lequel la teneur en carbone varie jusqu'à 2 pour cent (avec une teneur en carbone plus élevée, le matériau est défini comme de la fonte).

Quel est le point de fusion de l'acier ?

Quelle est la composition de l'acier ?

Quelles sont les propriétés de l'acier ?

Quels sont les types d'acier ?

Les quatre principaux types d'acier :

Acier au carbone. L'acier au carbone a un aspect terne, mat, et est connu pour être vulnérable à la corrosion.
Acier allié. Vient ensuite l'acier allié, qui est un mélange de plusieurs métaux différents, comme le nickel, le cuivre et l'aluminium.
Acier à outils.
Acier inoxydable.

À quoi sert l'acier ?

L'acier est le matériau d'ingénierie et de construction le plus important au monde. Il est utilisé dans tous les aspects de nos vies ; dans les voitures et les produits de construction, les réfrigérateurs et les machines à laver, les cargos et les scalpels chirurgicaux. Il peut être recyclé encore et encore sans perte de propriété.

L'acier est-il un métal ?

Pourquoi l'appelle-t-on acier ?

Le nom acier provient de l'adjectif proto-germanique stakhlijan qui, traduit en son homologue anglais, signifie « fait d'acier », ce qui est aussi lié au terme stakhla qui signifie « tenir fermement ». La racine du mot stakhla est stak, signifiant « se tenir, placer ou être ferme ».

Qui a inventé l'acier ?

Henry Bessemer, l'un des inventeurs les plus significatifs de la Seconde Révolution Industrielle, Bessemer a également fait plus de 100 autres inventions dans les domaines du fer, de l'acier et du verre.

L'acier est-il un minéral ?

L'acier n'est pas un minéral car c'est un alliage produit par les gens. « Inorganique » signifie que la substance n'est pas fabriquée par un organisme.

Pourquoi l'acier est-il si important ?

L'industrie de l'acier est critique pour l'économie américaine. L'acier est le matériau de choix pour de nombreux éléments de la fabrication, de la construction, du transport et de divers produits de consommation. Traditionnellement valorisé pour sa résistance, l'acier est également devenu le matériau le plus recyclé.

Quelle est l'importance de l'acier dans notre vie quotidienne ?

L'acier a eu une influence majeure sur nos vies, les voitures que nous conduisons, les bâtiments où nous travaillons, les maisons dans lesquelles nous vivons et d'innombrables autres facettes entre les deux. L'acier est utilisé dans nos tours de lignes électriques, les pipelines de gaz naturel, les outils de machine, les armes militaires — la liste est infinie.

L'acier est-il un bon matériau ?

L'acier est ininflammable et résiste au flambage ou au gauchissement, c'est donc un choix privilégié pour les zones sujettes aux tremblements de terre. Parce qu'il est fabriqué, contrairement au bois, il a une qualité et une résistance uniformes. De plus, les progrès continuent d'être faits pour maintenir l'acier en tête des autres matériaux de construction en termes de résistance standard.

L'acier est-il meilleur que le fer ?

Propriétés du fer. L'acier est plus fort que le fer (limite d'élasticité et résistance à la traction ultime) et plus tenace que de nombreux types de fer (souvent mesuré comme ténacité à la fracture). Les types d'acier les plus courants ont des ajouts de moins de 0,5 % de carbone en poids.

Quelle est la différence entre le fer et l'acier ?

La différence principale entre le fer et l'acier est que le premier est un métal, alors que le second est un alliage. Le fer est simplement un élément métallique qui se trouve naturellement sur Terre. En comparaison, l'acier est un alliage fabriqué par l'homme qui est fait en mélangeant du fer et du carbone ensemble.

Quelle est la résistance de l'acier ?

La résistance à la traction et la limite d'élasticité moyennes d'un morceau d'acier au carbone peuvent varier énormément en fonction de la teneur en carbone de l'acier et d'autres facteurs de fabrication. L'acier AISI 1020, acier doux à faible teneur en carbone, a une limite d'élasticité de 47 900 psi et une résistance à la traction de 65 300 psi.

Quel pays a inventé l'acier ?

L'Inde produirait le premier véritable acier. Vers 400 av. J.-C., les métallurgistes indiens ont inventé une méthode de fusion qui a lié par hasard la quantité parfaite de carbone au fer. La clé était un récipient en argile pour le métal en fusion : un creuset.

Où trouve-t-on l'acier ?

Au niveau le plus basique, l'acier est fabriqué en mélangeant du carbone et du fer à des températures très élevées (au-dessus de 2 600 °F). La sidérurgie primaire crée de l'acier à partir d'un produit appelé « fonte ». La fonte est du fer fondu, à partir de minerai, qui contient plus de carbone que ce qui est correct pour l'acier.

L'acier est-il considéré comme une roche ?

Tous les minerais sont des minéraux mais tous les minéraux ne sont pas des minerais. Le minerai de fer est l'hématite, la magnétite. En éliminant les impuretés du minerai, on obtient de l'acier. Parce que l'acier est un alliage de fer et de carbone et souvent plusieurs autres éléments, les alliages d'acier n'existent pas ordinairement dans la roche naturelle.

Comment l'acier est-il fabriqué naturellement ?

L'acier est produit à partir de fonte en enlevant une partie du carbone dans un convertisseur à oxygène basique et en ajoutant plusieurs éléments d'alliage, tels que le manganèse, le chrome, le cuivre, le nickel, le titane, le molybdène, le tungstène et le vanadium. L'acier est également fabriqué en recyclant la ferraille ferreuse dans un four à arc électrique.

Qu'est-ce qui est unique à l'acier ?

L'acier est environ 1 000 fois plus fort que le fer sous sa forme la plus pure, et il peut être recyclé sans perte de résistance. L'acier est le matériau principal utilisé pour fournir de l'énergie renouvelable comme le solaire, l'hydroélectrique et l'éolien.

Comment la fabrication de l'acier profite-t-elle à la société ?

Faibles émissions. Naturellement, l'efficacité énergétique signifie que l'acier contribue activement à un avenir à faible émission de carbone en réduisant les émissions globales de CO2. Il sera central dans la construction d'une société forte et durable. De plus, « devenir vert » a des incitations commerciales : bonnes relations publiques pour votre entreprise, et déductions fiscales aussi.

Pourquoi l'acier est-il le meilleur ?

Plus de résistance à la température : L'acier peut supporter une gamme de températures plus large par rapport à la plupart des plastiques commerciaux. De plus, l'acier peut supporter des fluctuations de température rapides ou cycliques mieux que la plupart des plastiques. Plus de résistance à la corrosion : L'acier inoxydable résiste à la corrosion dans les environnements atmosphériques et d'eau pure.

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