Acier allié expliqué : Types, composition, propriétés et applications clés

Dans cet article, nous allons discuter de l'acier allié, qui est très couramment utilisé dans les industries ainsi que dans la vie quotidienne. En commençant par la définition, nous examinerons sa composition, ses types, ses utilisations et ses propriétés.

Qu'est-ce que l'acier allié ?

L'acier allié peut être défini comme des aciers auxquels des éléments autres que le carbone sont ajoutés en quantités suffisantes pour produire des améliorations des propriétés.

Les éléments d'alliage les plus courants ajoutés à l'acier sont le chrome, le nickel, le manganèse, le silicium, le vanadium, le molybdène, le tungstène, le phosphore, le cuivre, le titane, le zirconium, le cobalt, le columbium et l'aluminium. Chacun de ces éléments confère certaines qualités aux aciers auxquels il est ajouté. Ils peuvent être utilisés séparément ou en combinaison pour produire les caractéristiques désirées dans l'acier.

Propriétés de l'acier allié : Comme le carbone, un certain nombre d'éléments d'alliage sont solubles pour produire des alliages avec une résistance, une ductilité et une ténacité améliorées. De plus, le carbone, outre la formation d'un composé intermétallique avec le fer, se combine avec de nombreux éléments d'alliage et forme des carbures d'alliage. Ces carbures d'alliage ainsi que les carbures fer-alliage sont généralement durs et manquent de ténacité.

Certains éléments d'alliage sont ajoutés pour prévenir ou restreindre la croissance des grains. L'aluminium est considéré comme le plus efficace à cet égard. Les autres sont le zirconium, le vanadium, le chrome et le titane. Structurellement, l'ajout d'éléments d'alliage affecte presque toujours le mécanisme de transformation austénite-ferrite en changeant la température à laquelle la transformation du fer gamma en fer alpha a lieu. Certains éléments d'alliage abaissent et d'autres relèvent la température critique.

Les changements compositionnels et structuraux produits par les éléments d'alliage changent et améliorent les propriétés physiques, mécaniques et de traitement du fer et de l'acier. En général, les aciers alliés peuvent donner de meilleures propriétés de résistance, de ductilité et de ténacité qui ne peuvent pas être obtenues dans l'acier au carbone. Par conséquent, l'ingénieur de conception de production devrait considérer les aciers alliés dans les conceptions soumises à de fortes contraintes et/ou à des chargements d'impact.

Presque tous les aciers alliés sont produits avec des structures à grains fins. Les aciers à grains fins ont moins de tendance à fissurer pendant le traitement thermique mais ont de meilleures propriétés de ténacité et de résistance aux chocs. Les aciers à grains grossiers présentent de meilleures propriétés d'usinage et peuvent être durcis plus profondément que les aciers à grains fins.

Quel acier allié est utilisé pour faire un aimant permanent ?

1. Acier au silicium

2. Acier au vanadium

3. Acier au manganèse

4. Acier au cobalt

Bonne réponse est 4. Acier au cobalt

L'alliage Alnico, un alliage de fer avec de l'aluminium, du nickel et du cobalt. L'acier allié Alnico est utilisé pour fabriquer des aimants permanents puissants. Ils sont largement utilisés dans l'électronique industrielle et grand public.

Quel acier allié est utilisé pour fabriquer des instruments de précision ?

1. Acier au silicium

2. Acier au manganèse

3. Vanadium

4. Acier Invar

Bonne réponse est 4. Acier Invar

Composition de l'acier allié

Effets des éléments d'alliage

Afin de sélectionner l'acier allié le mieux adapté à une conception donnée, les effets des éléments d'alliage principaux doivent être pris en compte. Ils sont :

Le Nickel apporte la ténacité, la résistance à la corrosion et un durcissement en profondeur.

Le Chrome améliore la résistance à la corrosion, la ténacité et la trempe.

Manganèse désoxyde et contribue à la résistance et à la dureté, diminue le taux de refroidissement critique.

Silicium désoxyde et favorise la résistance à l'oxydation à haute température, relève la température critique pour le traitement thermique, augmente la sensibilité de l'acier à la décarburation et à la graphitisation.

Molybdène favorise la trempe, augmente la résistance à la traction et la résistance au fluage à haute température.

Vanadium désoxyde et favorise la structure à grains fins. Le cuivre augmente la résistance à la corrosion et agit comme agent de renforcement.

Aluminium désoxyde et favorise la structure à grains fins, et facilite la nituration

Bore augmente la trempe,

Un résumé des effets des principaux éléments d'alliage dans l'acier est donné dans le Tableau 4.6.

Acier faiblement allié

Un acier faiblement allié est un alliage métallique constitué d'acier et de métaux additionnels ayant des qualités désirables. Environ 1% à 5% d'éléments d'alliage sont présents dans l'acier faiblement allié. En conséquence, il a des compositions chimiques précises qui fournissent des qualités mécaniques améliorées pour résister à la corrosion.

Pendant la fabrication, les aciers faiblement alliés sont généralement traités thermiquement, normalisés et revenus. Ils peuvent également être soudés. Le traitement thermique de soudure, d'autre part, est requis pour prévenir la fissuration de la soudure.

Les aciers faiblement alliés offrent un certain nombre d'avantages par rapport à l'acier doux, notamment :

• Résistance à l'élasticité exceptionnelle
• Capables de résister à des températures extrêmes
• Bonne résistance au fluage
• Résistance à l'oxydation
• Résistance à l'hydrogène
• Ductilité à basses températures

Types d'acier allié ou Classification de l'acier allié

Les aciers alliés peuvent être classés selon leur composition chimique, leur classe structurale et leur but.

Classification selon la composition chimique

Sous cet aspect, les aciers alliés sont divisés en aciers à trois composants, contenant un élément d'alliage en plus du fer et du carbone : aciers à quatre composants, contenant deux éléments d'alliage, etc.

Classification selon la classe structurale

Sur la base de la structure obtenue lorsque des éprouvettes de petite section transversale sont refroidies à l'air. Les aciers alliés peuvent être classés comme : 1. Perlitiques 2. Martensitiques 3. Austénitiques 4. Ferritiques et 5. Carburiques.

Classification selon le but

Quant aux utilisations pour lesquelles leurs propriétés les adaptent, les aciers alliés peuvent être classés :

1. Aciers de construction 2. Aciers à outils 3. Aciers à propriétés physiques spéciales.

1. Acier de construction allié

Ils sont divisés en trois groupes : faiblement allié (jusqu'à 5 pour cent d'éléments d'alliage) , moyennement allié (plus de 5 pour cent) et hautement allié (plus de 10 pour cent). IS : 7598-1974.

Les aciers de construction alliés sont largement employés dans l'industrie mécanique pour des pièces soumises à des charges statiques et dynamiques en service. Ils ont un ensemble de propriétés mécaniques plus favorable que les aciers au carbone, surtout pour les articles de grande section transversale. Les éléments d'alliage renforcent la ferrite, qui est le constituant principal dans la structure de ces aciers ; augmentent la trempe, affinent la taille des grains ; et augmentent la résistance au ramollissement lors du chauffage à des températures modérées.

Les principaux éléments d'alliage dans les aciers de construction sont le chrome, le nickel et le manganèse. Le tungstène, le molybdène, le vanadium et le titane ne sont généralement pas employés comme ajouts indépendants. Ils sont ajoutés en conjonction avec le chrome, le nickel et le manganèse.

2. Acier à outils allié

Ils sont employés dans la fabrication d'outils dans les cas où la durée de vie de l'outil fournie par l'acier au carbone est insuffisante.

L'industrie de l'outillage est fournie avec :

1. Aciers faiblement alliés qui conservent une dureté élevée à des températures jusqu'à 250°C.

2. Aciers moyennement et hautement alliés, par exemple, les aciers rapides qui conservent une dureté élevée à des températures jusqu'à 620°C. Ils acquièrent des propriétés de coupe élevées seulement après un traitement thermique approprié.

Les aciers à outils alliés sont fondus dans des fours à air ouvert et des fours électriques et appartiennent à des classes de haute qualité.

3. Aciers alliés à propriétés physiques spéciales

Ils peuvent être divisés en plusieurs groupes comme (1) Aciers inoxydables (2) Aciers résistants à la calamine et à la chaleur (3) Aciers résistants à l'usure (4) Aciers magnétiques et (5) Aciers à propriétés thermiques spéciales tels que les aciers résistants au fluage, etc.

Acier allié spécial

Dans les situations de service où les aciers doivent résister à des températures élevées, à la corrosion, aux chocs, etc. les aciers alliés spéciaux sont inestimables. Les groupes les plus importants d'aciers alliés spéciaux sont décrits dans les discussions suivantes.

Aciers magnétiques

Les aciers à haut cobalt, lorsqu'ils sont correctement traités thermiquement, sont fréquemment utilisés dans la fabrication d'aimants permanents pour magnétos, haut-parleurs et autres machines et instruments électriques. Les aciers ayant des compositions de 15 à 40 pour cent de cobalt et 0,4 à 10 pour cent de tungstène possèdent des propriétés magnétiques améliorées.

Aciers résistants à la chaleur

Les aciers résistants à la chaleur sont ceux qui sont particulièrement adaptés au travail à hautes températures. De tels aciers doivent résister aux influences qui mènent à la défaillance des aciers ordinaires lorsqu'ils sont mis au travail sous haute température. Un acier contrôlé (développé pour la série inoxydable) fournit une combinaison utile de propriétés anti-calamine et de rétention de résistance ensemble avec une résistance à la corrosion acide comparable à celle des aciers inoxydables.

Les aciers alliés contenant 23 à 30 pour cent de chrome avec du carbone inférieur à 0,35 pour cent sont utilisés principalement pour le service à des températures entre 815°C et 1150°C. Les pièces de four, boîtes de recuit et autres équipements nécessitant une résistance aux hautes températures sont souvent faits de ces aciers.

Acier résistant aux chocs

Les aciers résistants aux chocs sont ceux qui résistent aux chocs et aux contraintes de fatigue sévères. Une nuance d'acier pour ce but contient 0,50 pour cent de carbone, 2,25 pour cent de tungstène, 1,50 pour cent de chrome et 0,25 pour cent de vanadium. Une autre nuance d'acier résistant aux chocs, connue sous le nom d'aciers silicium-manganèse, contient 0,55 pour cent de carbone, 2,00 pour cent de silicium, 0,80 pour cent de manganèse, et 0,30 pour cent de molybdène. Ce type d'acier est principalement utilisé pour les ressorts à lames et hélicoïdaux.

Acier inoxydable

Les aciers inoxydables sont essentiellement ceux contenant du chrome, avec d'autres éléments tels que le nickel, et sont groupés comme suit.

Acier inoxydable austénitique. Probablement le plus important sous ce groupe est celui contenant 15 à 20 pour cent de chrome et 7 à 10 pour cent de nickel. Un acier contenant 18 pour cent de chrome et 8 pour cent de nickel est très largement utilisé et est communément appelé acier inoxydable 18/8.

Acier inoxydable martensitique. Ce groupe souvent appelé types d'acier inoxydable au chrome simple, qui contiennent 10 à 14 pour cent de chrome et, avec l'exception occasionnelle, n'ont pas d'autre élément d'alliage majeur. Ces aciers sont tous durcissables par traitement thermique.

Acier inoxydable ferritique. Ce groupe contient principalement 14 à 18 ou 23 à 30 pour cent de chrome à nouveau sans autre élément d'alliage majeur. Ils ne peuvent pas être durcis par traitement thermique.

Acier Maraging

Ce sont des alliages à base de fer contenant 18 Ni 8 Co 5 Mo avec de petites quantités de Al et Ti et moins de 0,03 pour cent de C. La résistance est maintenue avec l'augmentation de l'épaisseur de section et aussi jusqu'à 350°C. Ces aciers sont utilisés pour les composants de cellule et de moteur d'avion, les moules d'injection et les matrices.

Au refroidissement de la condition austénitique, l'alliage se transforme en une martensite fine de type lamellaire, et le durcissement par précipitation est induit par le maraging à 480°C.

Les aciers ont une ténacité à la fracture élevée due à une combinaison de taille de grain fine de la martensite et de la densité de dislocation élevée, menant à une précipitation fine.

Acier rapide (High Speed Steel)

Les aciers rapides (HSS) tirent leur nom du fait qu'ils peuvent être utilisés comme outils de coupe à des vitesses de coupe beaucoup plus élevées que ce qui est possible avec les aciers à outils au carbone ordinaires. Les aciers rapides fonctionnent à des vitesses de coupe 2 à 3 fois plus élevées que pour les aciers au carbone.

Lorsqu'un matériau dur est usiné à haute vitesse avec des coupes lourdes, une chaleur suffisante peut être développée pour faire atteindre à la température du tranchant une chaleur rouge. Cette température ramollirait l'acier à outils au carbone contenant même jusqu'à 1,5 pour cent de carbone au point de détruire leur capacité de coupe. Certains aciers hautement alliés, désignés comme aciers rapides, ont donc été développés qui doivent conserver leurs propriétés de coupe à des températures jusqu'à 600°C à 620°C.

Nous avons essayé de couvrir tous les détails du sujet Acier allié dans une large mesure, allant de la Définition, Composition, Propriétés et Utilisations. Si vous aimez cet article, merci de le partager avec vos amis et de donner votre avis dans les commentaires ci-dessous.