Superman est peut-être « l'homme d'acier », mais un scientifique averti pourrait se demander: quel type ?
Alors que l'acier est l'un des matériaux les plus solides et les plus importants sur Terre, avec des utilisations de articles ménagers comme des trombones aux poutres des gratte-ciel et des coques d'automobiles, tout l'acier n'est pas égal. Deux des plus courantes alliages d'acier, 4140 et 4150, diffèrent par leur résistance ainsi que par leurs conditions d'utilisation.
Que sont les aciers 4140 et 4150 ?
L'acier est un alliage ou un mélange de plusieurs éléments. C'est principalement du fer, avec environ 1% de carbone et parfois de petites quantités d'autres matériaux.
Les aciers 4140 et 4150 sont deux alliages d'acier très résistants et durs. En plus du carbone, ils contiennent chacun 0,80 à 1,10 pour cent de chrome et 0,15 à 0,25 pour cent de molybdène.
Acier 4140 contre 4150
La Society of Automotive Engineers, ou SAE, et l'American Iron and Steel Institute, ou AISI, utilisent un système à quatre chiffres
En termes de propriétés, les différences entre l'acier 4140 et 4150 incluent :
- Résistance à la traction, qui décrit la contrainte maximale de traction qu'un matériau peut supporter avant qu'il ne commence à se rompre. Un matériau 4150 a une résistance à la traction plus élevée qu'un matériau 4140.
- Ductilité et maniabilité, qui se réfèrent à la facilité d'utilisation des aciers. Alors que les aciers 4140 et 4150 peuvent être soudés facilement, le matériau 4140 est plus connu pour sa ductilité, ou sa capacité à se plier et le fait qu'il peut être utilisé dans des conditions de travail à froid. Le matériau 4150, quant à lui, doit être traité thermiquement avant utilisation.
D2 contre l'acier 4140
Un autre alliage de fer commun trouvé dans les outils est connu sous le nom de D2. Il est à 86 % identique à l'acier 4140, mais contient notamment un pourcentage plus élevé de carbone et de chrome. L'acier D2 peut avoir la ductilité la plus élevée parmi les outils en acier.
Traitement thermique des alliages d'acier
Les fabricants peuvent définir les propriétés des matériaux de différents aciers, y compris les aciers D2, 1440 et 1450, par un processus connu sous le nom de traitement thermique. Contrôler soigneusement la façon dont la chaleur est appliquée à un acier allié au carbone modifie l'arrangement moléculaire à l'intérieur de l'acier, ce qui conduit à ses propriétés différentes.
Par exemple, les alliages d'acier qui sont recuit sont portés à haute température dans un four, puis laissés refroidir lentement. Cette option donne un acier avec plus de ductilité et moins de fragilité, ce qui signifie qu'il ne se brisera pas aussi facilement sous les contraintes internes qu'une autre option.
pendant ce temps trempe est un traitement thermique qui se produit à des températures plus basses et augmente la ténacité et la ductilité d'un matériau, bien qu'il réduise également quelque peu sa résistance. Plus la ductilité est gagnée, plus la résistance est perdue, mais généralement pas autant pour changer le cas d'utilisation de l'acier. D'autres matériaux, dont l'aluminium, sont trempés de la même manière.
Autres alliages d'acier
Outre le carbone, le chrome et le molybdène, plusieurs autres éléments sont couramment utilisés pour former des alliages d'acier aux propriétés spécifiques. Ceux-ci comprennent le cobalt, le manganèse, le tungstène et le vanadium.
Outre les aciers 1440 et 1450, les alliages les plus courants sont le 4340 (acier au nickel-chrome-molybdène), le 6150 (acier au chrome-vanadium) et le 8620 (acier HSLA).
HSLA signifie "faiblement allié à haute résistance," ce qui signifie que l'acier est conçu pour répondre à des mécanique exigences plutôt que chimique composition. Par conséquent, un type donné d'alliage d'acier HSLA peut en fait avoir des quantités variables d'éléments ajoutés. Par ordre décroissant de pourcentages, l'acier 8620 est composé de: fer, carbone, silicium, molybdène, manganèse, nickel, chrome, soufre et phosphore.