L'acier est un alliage, une combinaison de métal fait de fer et de carbone. La teneur en carbone de l'acier atteint un maximum de 1,5 pour cent. En raison de sa dureté et de sa résistance, l'acier est utilisé dans la construction de bâtiments, de ponts, d'automobiles et dans une foule d'autres applications de fabrication et d'ingénierie.
La plupart de l'acier produit aujourd'hui est de l'acier au carbone ordinaire ou simplement de l'acier au carbone. Le carbone de l'acier existe à l'état de carbure de fer. D'autres éléments, parmi lesquels le soufre, le phosphore, le manganèse et le silicium, sont également présents.
Teneur en carbone de l'acier
L'acier au carbone est défini comme un acier qui a ses propriétés principalement dues à sa teneur en carbone et ne contient pas plus de 0,5 pour cent de silicium et 1,5 pour cent de manganèse. Les aciers au carbone simples, qui vont de 0,06 pour cent de carbone à 1,5 pour cent de carbone, sont divisés en quatre types :
- Acier doux mort, jusqu'à 0,15 pour cent de carbone
- Acier à faible teneur en carbone ou doux, 0,15 % à 0,45 % de carbone
- Acier à teneur moyenne en carbone, 0,45% à 0,8% de carbone
- Acier à haute teneur en carbone, 0,8 pour cent à 1,5 pour cent de carbone
Ces aciers évoluent de plus tendres à plus durs, mais ils ont également tendance à devenir de plus en plus fragiles. Le premier type est utilisé dans les carrosseries automobiles. Le deuxième type se trouve dans les rails et les produits ferroviaires tels que les accouplements, les vilebrequins, les essieux, les engrenages et les pièces forgées. Le troisième type est utilisé dans les outils de coupe et les lignes de chemin de fer, et le dernier type est utilisé dans les pistons et les cylindres.
Propriétés physiques de base de l'acier
L'acier a une densité de 7 850 kg/m3, ce qui la rend 7,85 fois plus dense que l'eau. Son point de fusion de 1 510 C est supérieur à 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 une température brûlante de 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 en fait plus résistant au changement de taille avec les changements de température que, par exemple, le cuivre (16,7), l'étain (21,4) et le plomb (29.1).
Acier inoxydable
Les aciers inoxydables sont employés dans la construction lorsque la résistance à la corrosion est un atout majeur, comme pour les couteaux qui doivent conserver une arête vive. Une autre raison courante pour laquelle les aciers inoxydables sont utilisés est leurs propriétés à haute température. Dans certains projets, la résistance à l'oxydation à haute température est une exigence absolue, tandis que dans d'autres, la résistance à haute température est un besoin primaire.
Additifs à l'acier
De petites quantités d'autres métaux ajoutés à l'acier modifient ses propriétés de manière favorable à certaines applications industrielles. Par exemple, le cobalt entraîne une perméabilité magnétique plus élevée et est utilisé dans les aimants. Le manganèse ajoute de la résistance et de la dureté, et le produit convient aux passages à niveau lourds. Le molybdène conserve sa résistance à haute température, cet additif est donc pratique lors de la fabrication de pointes de perçage rapide. Le nickel et le chrome résistent à la corrosion et sont généralement ajoutés dans la fabrication d'instruments chirurgicaux en acier.