9 propriétés clés de l'acier :définitions, caractéristiques et applications pratiques

Dans cet article, vous découvrirez Qu'est-ce que l'acier ?  Sa Définition, caractéristiques et propriétés de l'acier sont tous expliqués avec des 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 rupture. 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 fleurs il y a des milliers d'années, mais son utilisation industrielle a commencé avec l'introduction du haut fourneau au XVIIe siècle, qui fabriquait de l'acier pour creuset.

Les propriétés mécaniques de l’acier déterminent s’il dure longtemps et efficacement dans les applications les plus abrasives et les plus exigeantes en matière d’usure ou s’il échoue fréquemment ou de manière catastrophique. Il existe de nombreux types d'acier et chaque type possède des propriétés uniques qui affectent ses performances.

Lors de la sélection de la bonne nuance d’acier résistant à l’abrasion, il est crucial de comprendre ces propriétés. Alors commençons.

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Voici les caractéristiques importantes de l'acier :

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

#1 Mécanisme

Dans le cas de la découpe ou de l'enlèvement de matière pour des conceptions uniques, la propriété d'usinabilité de l'acier doit jouer un rôle dans la sélection du matériau. L'usinabilité dépend de nombreux facteurs, par exemple lorsque le matériau durcit, cela réduira la durée de vie de l'outil et augmentera le coût de la pièce.

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

Alternativement, les aciers à faible teneur en carbone posent problème en raison de leur douceur. Les aciers à faible teneur en carbone ont tendance à adhérer à l'outil de coupe, ce qui entraîne une arête accumulée qui réduit la durée de vie de l'outil. Ainsi, l'acier avec une quantité modérée de carbone, autour de 0,20%, présente la meilleure usinabilité.

#2 Soudabilité

La soudabilité est une propriété de l’acier qui décrit la facilité avec laquelle il peut être utilisé dans la fabrication et la fabrication. Comme son nom l’indique, la soudabilité d’un matériau fait référence à sa capacité à se souder. Les matériaux à faible soudabilité sont sujets à la fissuration en raison des contraintes locales et de l'échauffement au niveau du joint de soudure.

La soudabilité d'un matériau est inversement proportionnelle à sa dureté. En conséquence, si un matériau est durcissable, il aura tendance à durcir pendant le processus de soudage, entraînant une fragilité et des fissures.

Plusieurs modes de défaillance peuvent être mesurés pour la soudabilité de l’acier, notamment la fissuration à froid induite par l’hydrogène, la déchirure lamellaire et le pelage des soudures par points. Le plus important d'entre eux est le craquage à froid induit par l'hydrogène.

#3 Trempabilité

En termes de trempabilité de l’acier, il s’agit d’une mesure du degré de durcissement du matériau en présence de chaleur après avoir été traité avec celui-ci. Cela ne doit pas être confondu avec la dureté, qui prend en compte la résistance d'un spécimen à l'indentation et aux rayures.

C'est une propriété essentielle pour le soudage, car elle est inversement proportionnelle à la soudabilité, c'est-à-dire que lorsque la trempabilité augmente, la soudabilité diminue et vice versa. L'acier à haute dureté peut avoir des niveaux de dureté spécifiés pendant la phase de conception.

Il s'agit de la norme pour les outils et les applications qui exigent une durabilité de surface. Il est possible de personnaliser les propriétés d'un matériau en ajustant sa dureté puisque la dureté et la ductilité sont inversement liées.

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#4 Ouvrabilité (pliage ou formage)

L'ouvrabilité est la capacité à laquelle un matériau se déforme au cours d'un processus de travail des métaux spécifique. Cela affecte la facilité avec laquelle un matériau peut être plié ou formé. Il est couramment utilisé pour former des tôles ou des plaques d'acier sous diverses formes, allant des panneaux de voiture aux énormes tubes d'acier laminés.

La dureté et la ductilité d’un métal peuvent affecter dans une large mesure sa maniabilité. L'acier à haute teneur en carbone a une faible ductilité, ce qui les rend moins faciles à travailler que l'acier à faible teneur en carbone, qui a une ductilité élevée. La maniabilité peut également être augmentée en chauffant le métal, appelé travail à chaud.

À mesure que le métal est chauffé, sa ductilité augmente et la limite d'élasticité diminue, augmentant ainsi la maniabilité. Il peut être utilisé pour chauffer des métaux à haute résistance qui se fissurent normalement lorsqu'ils sont formés à froid.

#5 Résistance à l'usure

Lors de la fabrication d'un tranchant ou d'une matrice d'emboutissage, la propriété de résistance à l'usure de l'acier déterminera la durée d'utilisation de l'outil avant sa défaillance. Il fait référence à la capacité d'un matériau à résister à la perte de matière due à une action mécanique telle que l'abrasion, l'érosion, l'adhésion, la fatigue ou la cavitation.

Les matériaux diamant et saphir ont une résistance à l’usure exceptionnellement élevée, ce qui les rend idéaux pour une utilisation comme pierres précieuses ou pour des outils de coupe exigeants. La résistance à l’usure d’un matériau dépend grandement de la dureté de sa surface. La dureté de surface élevée d'une lime lui permet d'user d'autres métaux de moindre dureté sans subir d'usure significative.

#6 Résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion décrit la capacité d'un matériau à résister aux dommages dus à l'oxydation ou à d'autres réactions chimiques. Différents métaux ont différents niveaux de résistance à la corrosion. Les métaux exposés à la pluie, à l'eau, à l'humidité ou à tout ce qui peut oxyder la surface métallique sont vulnérables aux dommages causés par la corrosion.

La corrosion peut être facilement contrôlée en utilisant de l'acier inoxydable ou galvanisé, du titane, de l'aluminium et de l'acier résistant aux intempéries, et une couche d'étanchéité telle que de la peinture peut être maintenue. Ces métaux sont très résistants à la corrosion mais ne sont pas à l'épreuve de la corrosion.

Si le métal est exposé au vide, la rouille se produira après suffisamment de temps. Pour cette raison, une maintenance et une surveillance de la prévention de la corrosion sont nécessaires pour tout composant critique. Vous devez calculer le taux de corrosion pour déterminer les recommandations d'entretien.

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Propriétés de l'acier

Quelques-unes des principales propriétés de l'acier sont les suivantes :

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

#1 Dureté

Image :fractory.com

La dureté est définie comme la capacité à résister au frottement et à l’abrasion du matériau et constitue une mesure de sa durabilité. Il s'agit de la propriété matérielle la plus mal définie car elle peut indiquer une résistance aux rayures, une résistance à l'abrasion, une résistance à l'indentation ou à la mise en forme, ou une résistance à une déformation plastique localisée.

#2 Robustesse

La ténacité est la propriété de l'acier qui se définit comme sa capacité à absorber de l'énergie sans se fracturer ni se briser. En termes simples, il s'agit de la résistance d'un matériau à la rupture lorsqu'il est soumis à une contrainte. Cela dépend fortement de la force ainsi que de la flexibilité.

La ténacité d'un matériau est généralement mesurée en pieds-livres, par carré, en joules par carré, centimètre. L'acier peut avoir une ténacité satisfaisante sous une charge statique mais se briser sous une charge dynamique ou un impact. Il est indiqué par la dureté comme un matériau qui se déforme gravement sans se casser, et il peut être considéré comme extrêmement résistant mais pas dur.

Contrainte d'élasticité n°3

La limite d'élasticité fait référence à la mesure de la force nécessaire pour initier la déformation (c'est-à-dire la flexion ou le gauchissement) d'un matériau. Pour le dire en termes simples, il s’agit de la force maximale appliquée à un objet avant qu’il ne change de forme et de structure. La limite d'élasticité est la valeur importante qui aide à choisir le matériau approprié pour la construction en fonction des exigences.

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#4 Résistance à la traction

Image :azom.com

La résistance à la traction est définie comme la mesure de la force nécessaire pour briser un matériau. La résistance à la traction de l’acier est presque aussi élevée, ce qui le rend relativement insensible aux fissures ou à la rupture, ce qui est important pour son utilisation dans la construction de structures. La résistance à la traction typique de l'acier de construction est de 400 mégapascals (MPa), tandis que la résistance à la traction typique de l'acier au carbone est de 841 MPa.

#5 Ductilité

Image :thinkco.com

L’une des propriétés mécaniques précieuses de l’acier est sa ductilité, c’est-à-dire sa capacité à changer de forme sous l’influence d’une force qui lui est appliquée de manière à ne pas se fissurer. C'est l'une des propriétés mécaniques les plus importantes de l'acier.

La propriété qui lui permet de prendre diverses formes et structures est connue sous le nom de ductilité. Cela lui permet d'être utilisé sous forme de fils fins ou de grandes pièces et panneaux automobiles, en fonction de la forme et de la structure.

#6 Durabilité

Image :blog.dahlstromrollform.com

La durabilité d’un métal fait référence à sa capacité à résister à l’abrasion, à la pression et aux dommages sur une longue période. L’acier est également un type de métal très durable. Puisque l'acier est également solide et ductile, ce qui le rend très résistant aux dommages accidentels.

L'acier étant un métal composé d'une combinaison particulière de fer et de carbone, il est remarquablement imperméable à la plupart des composants, ce qui le rend parfait pour les zones telles que les zones côtières et les villes qui subissent des vents violents, des tempêtes fréquentes et des conditions difficiles. 

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#7 Malléabilité

Image :hevvypumps.com

Lorsque les métaux sont malléables, cela signifie qu’ils peuvent être battus, pressés ou pliés en feuilles fines ou épaisses sans se briser, ce qui indique qu’ils ont la propriété physique de malléabilité. En termes simples, c'est la propriété d'un métal de se déformer sous la pression et de prendre une autre forme.

#8 Magnétique

Image :monnigindustry.com

L'acier est également un matériau magnétique, mais cela dépend du type d'acier auquel on fait référence. Dans le cas des bocaux en acier, par exemple, les composants qui composent le bocal sont ferromagnétiques comme le fer, qui est bien attiré par les aimants. L'acier inoxydable austénitique n'agit pas magnétiquement en raison de la forte concentration de chrome et de nickel.

#9 Conductivité thermique

Image : inox-structurals.com

La conductivité thermique est la vitesse à laquelle l'énergie thermique est transportée à travers un matériau. Elle est généralement mesurée en watts par mètre et par degré Kelvin (W/(mK)). Un matériau à haute conductivité thermique peut transporter la chaleur plus rapidement et plus efficacement qu'un matériau à faible conductivité thermique.

L'acier au carbone a une très faible conductivité par rapport à l'aluminium. Cela représente généralement environ 45 watts pour chaque Kelvin par mètre. Conductivité électrique à température ambiante d'environ 6 millions de siemens par mètre. C'est la première propriété physique qui détermine la conductivité de l'acier.

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