Acier

Nous vous expliquons ce qu’est l’acier, comment il est fabriqué et les variations de cet alliage métallique. De plus, ses caractéristiques, ses diverses utilisations et plus encore.

Qu’est-ce que l’acier ?

L’acier est connu comme un ensemble d’alliages de fer (Fe) avec d’autres éléments , principalement du carbone (C), mais aussi du zinc (Zn), du silicium (Si) ou de l’aluminium (Al). Ces alliages modifient les propriétés du métal pur , le fer en l’occurrence, et on obtient un matériau plus résistant ou moins oxydable.

L’acier est un matériau très important dans les industries humaines . Il est largement utilisé comme matériau de construction et comme matière première de divers outils et pièces mécaniques.

C’est un cas exemplaire d’alliage métallique . Les alliages sont constitués de la combinaison d’ éléments chimiques dont l’un est nécessairement un métal. Ainsi, leurs propriétés sont combinées et un nouveau matériau est obtenu qui a des propriétés spécifiques pour différentes applications.

Voir aussi : Or

histoire de l’acier

Le nom d’acier vient du latin aciarius , qui désigne le matériau à partir duquel les armes blanches étaient fabriquées dans l’Antiquité.

Il est difficile de savoir exactement quand l’humanité a découvert la possibilité de faire fondre le fer pour fabriquer des outils. Des preuves de l’utilisation du fer dans l’Égypte ancienne (3 000 av. J.-C.) ont été trouvées. On pense que peu de temps après, la possibilité de le mélanger avec d’autres métaux pour obtenir de nouveaux matériaux a été découverte.

Cependant, la première preuve d’acier wootz (acier primitif de grande dureté et à haute teneur en carbone) date de 300 av. C. et ont été trouvés en Inde et au Sri Lanka. Des mélanges de fonte et de fer forgé de la dynastie Han de Chine (100 avant JC) ont également été trouvés .

Avec l’arrivée de la modernité et de l’industrialisation , l’obtention d’acier a occupé l’intérêt de nombreux scientifiques et industriels , grâce à l’utilisation de l’électricité pour chauffer les fours. En 1948, le procédé à base d’oxygène LD a été inventé dans l’Autriche d’après-guerre ; et en 1950, la technique de moulage a continué.

Comment l’acier est-il fabriqué ?

La technique d’obtention de l’acier comprend actuellement divers métaux, non-métaux et métalloïdes qui forment des ferroalliages , qui lui confèrent dureté et résistance. De plus, le processus implique ce qu’on appelle la métallurgie secondaire. Cette deuxième étape lui confère les propriétés chimiques et le taux d’inclusions et d’impuretés souhaité.

La procédure habituelle consiste à ajouter une quantité de carbone ne dépassant pas 2% au fer , en fonction du degré de dureté que vous souhaitez incorporer à l’acier. Cela se fait dans un processus qui comporte plusieurs étapes :

Dans le haut fourneau, un mélange de fer minéral (fer impur) et de coke est ajouté, qui est un combustible similaire au charbon et sert à séparer les impuretés du matériau. Ensuite, il reste du fer assez pur avec de petites quantités de carbone. Plus tard, du carbone est ajouté en quantité nécessaire selon le type d’acier qui va être fabriqué , cela se fait alors que l’acier est à l’état liquide. Enfin, il est moulé et laissé refroidir.

Une autre façon de fabriquer de l’acier consiste à recycler les déchets d’acier. Pour cela, la ferraille est fondue dans un haut fourneau électrique.

alliages d’acier

L’acier est essentiellement du fer mélangé à du carbone. Mais il existe également des alliages d’acier, ce qui signifie que d’autres éléments chimiques sont ajoutés qui modifient certaines de ses propriétés , telles que la dureté et la résistance à la corrosion. Certains de ces éléments et les propriétés qui modifient l’acier sont :

• carbone . Réduit la ductilité et la soudabilité du fer tout en ajoutant de la dureté au mélange.
• Aluminium (Al) . Il empêche le grain de l’acier de devenir trop gros, produisant ainsi de l’acier à grain fin.
• Soufre (S) . Il est généralement considéré comme une impureté du fer, mais est parfois ajouté pour augmenter l’usinabilité de l’acier.
• Chrome (Cr) . Augmente la profondeur de durcissement et améliore la résistance à la corrosion.
• Cuivre (Cu) . Augmente la dureté de l’acier.
• Manganèse (Mn) . Cet élément a une plus grande affinité pour le fer que le soufre, qui est généralement une impureté. Il est utilisé pour lier le soufre et faciliter le laminage et la coulée de l’acier.
• Silicium (Oui) . Antioxydant et durcisseur.
• Nickel (Ni) . Améliore le résultat du traitement thermique et, associé au chrome, prévient la corrosion.
• Molybdène (Mo) . Augmente le durcissement en profondeur et la résistance à la corrosion.

classification de l’acier

L’acier peut être classé de différentes manières :

Selon la méthode utilisée pour le façonner :

• Acier moulé. Laisser refroidir dans un moule.
• fer forgé. Il est chauffé, façonné et refroidi dans une forge.
• Acier laminé. Il est constitué de feuilles plus ou moins épaisses et plates.

Selon son utilisation :

• acier réfractaire
• acier de construction
• Acier pour fabriquer des aimants
• acier indéformable
• Acier pour la fabrication d’outils
• Acier inoxidable

Selon sa composition :

• Aciers ordinaires. Ce sont ceux qui sont composés exclusivement de fer et de carbone.
• Aciers spéciaux. Ce sont ceux qui, en plus du fer et du carbone, contiennent d’autres éléments chimiques.

propriétés de l’acier

Les propriétés de l’acier varient en fonction de sa composition , c’est-à-dire des éléments chimiques qui sont alliés à l’intérieur. Ils varient également en fonction de la méthode chimique ou physique qui a été utilisée pour le produire. C’est pourquoi il est difficile de déterminer ses propriétés universelles, bien que dans les grandes lignes, certaines soient :

• Il a une densité de 7850 kg/m ³ .
• Il se dilate lorsqu’il est chauffé et se contracte lorsqu’il est refroidi.
• Il a un point de fusion (température à laquelle un solide se transforme en liquide ) d’environ 3000 °C.
• Il a une grande ténacité (énergie absorbée par le matériau avant de casser) et est assez ductile (propriété qui lui permet de se déformer sans casser jusqu’à l’obtention de fils).
• Il est très malléable (propriété qui permet à un matériau d’être laminé). Les tôles d’acier sont souvent appelées « fer-blanc ».
• Il s’agit généralement d’un matériau sensible à la corrosion, un problème qui est corrigé en ajoutant d’autres éléments chimiques tels que le nickel et le chrome.
• Il peut être soudé très facilement.
• C’est un bon conducteur d’électricité.
• La plupart des aciers ont des propriétés magnétiques, c’est-à-dire qu’ils sont attirés par les aimants.
• Sa dureté dépend de la quantité de carbone contenue dans le mélange de fer et de carbone. Plus le pourcentage de carbone ajouté au fer est élevé, plus l’acier résultant sera dur.

utilisations de l’acier

L’acier se retrouve dans nos vies presque partout, sous différentes formes et présentations, telles que :

• Pièces de machines . Pour les voitures, les machines agricoles, les armes militaires ou la technologie
• Véhicules entiers . Comme le corps et le squelette des navires, des véhicules blindés, des chemins de fer et des voies.
• Outils et applications . Toutes sortes d’objets tels que soudures, vis, écrous, rivets, tôles embouties, ressorts de soupapes, marteaux, clés, tournevis, etc.
• Outils de cuisine . Comme les casseroles, les casseroles, les couverts, etc.
• Pièces de construction . Comme les poutres pour l’emballage du béton.

traitement de l’acier

La fabrication de l’acier implique le « traitement » du fer, pour améliorer certaines de ses propriétés ou les modifier selon la destination de la pièce. Il s’agit de:

• Traitements de surface . Liée à l’embellissement de l’acier obtenu ou à la protection de ses couches externes. Cela implique généralement l’ajout de couches externes d’autres métaux, comme suit :
  • Zingué _ La surface est soumise à des processus électrolytiques ou mécaniques qui lui confèrent des propriétés antioxydantes.
  • chromé . Le chrome est ajouté pour embellir le métal et le protéger contre la rouille et la corrosion.
  • Galvanisé . Il est donné à la plaque d’acier par des processus électrochimiques qui font fondre un métal en recouvrant un autre. Dans ce cas, le zinc est utilisé pour revêtir la tôle.
  • nickelé _ Il reçoit un bain de nickel pour protéger l’acier de l’oxydation.
  • bleui . Il est idéal pour les petites pièces, telles que les vis, car il les rend plus résistantes. Il consiste en la production superficielle d’une couche d’oxyde ferreux diférrique (Fe ₃ O ₄ ).
• Traitements thermiques . Contrairement aux procédures superficielles, ces procédures modifient la microstructure de l’alliage et modifient considérablement ses propriétés. Ils peuvent être:
  • Trempé . Elle consiste à chauffer la pièce jusqu’à un certain point puis à la refroidir rapidement, ce qui permet d’altérer ses propriétés profondes. C’est ce qu’on faisait avec les épées au Moyen Age : on les immergeait dans l’eau après les avoir forgées au rouge.
  • Trempé . C’est une technique utilisée pour réduire la fragilité des aciers après revenu, c’est pourquoi c’est souvent leur traitement complémentaire. Elle consiste à appliquer une température inférieure à son point critique à l’alliage (température à laquelle la densité d’un liquide est égale à celle de sa vapeur), où il est laissé longtemps pour améliorer sa résistance et sa ténacité.
  • recuit _ C’est une technique utilisée pour adoucir l’alliage, retrouver sa structure ou éliminer les contraintes internes. Cela consiste à chauffer le métal à une certaine température puis à le laisser refroidir lentement, en laissant la température baisser progressivement jusqu’à ce qu’elle atteigne la température ambiante.
  • normalisé . C’est le traitement idéal pour donner à l’acier la structure nécessaire pour le forger, le laminer ou le préparer à la trempe. La pièce est chauffée entre 30 et 50 °C au-dessus de la température critique et est conservée le temps nécessaire pour la transformer en austénite (arrangement spécifique des atomes de fer et de carbone), puis on la laisse refroidir uniformément .

recyclage de l’acier

L’acier peut être recyclé, tout comme les autres métaux, à la fin de sa vie utile . À cette fin, des parcs à ferraille de voitures et d’autres véhicules sont utilisés, qui obtiennent de la ferraille réutilisable, qui est pressée et renvoyée à l’aciérie pour la fusion et la réutilisation. Les ferrailles de ce type fournissent 40 % des besoins mondiaux en acier.

importance de l’acier

L’acier est un matériau extrêmement important dans le monde industriel contemporain, puisqu’il est utilisé dans la fabrication d’objets dans presque tous les domaines de l’industrie. De plus, il a joué un rôle essentiel dans la construction et divers travaux d’ingénierie tels que la Statue de la Liberté aux États-Unis.

Différence entre le fer et l’acier

Le fer est un élément chimique qui est rarement à l’état pur (il forme généralement des composés). Dans des conditions minérales, on le trouve généralement dans l’hématite, la magnétite, la limonite, la pyrite, etc.

D’ autre part, l’acier n’est pas un élément chimique mais un mélange de fer et d’autres éléments chimiques, c’est-à-dire un alliage métallique. Ce mélange se comporte comme s’il s’agissait d’un seul matériau, puisqu’il n’y a aucune réaction chimique d’aucune sorte entre ses composants.

De plus, l’acier est dur, assez ductile, très malléable et résistant, tandis que le fer est également malléable, mais moins dur . C’est la principale raison d’être de l’acier : compenser les faiblesses de son métal de base par l’incorporation de carbone, qui offre beaucoup de résistance au matériau obtenu.

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