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L'acier est un alliage composé essentiellement de fer, contenant jusqu'à 2,1 % de carbone en masse
(au-delà, on parle de fonte), et éventuellement
d'autres éléments. La présence de carbone rend progressivement l'acier plus dur, mais plus cassant.
| Sommaire |
On considère souvent Réaumur comme le fondateur de la sidérurgie scientifique moderne. Il réalise de très nombreuses expériences afin d'améliorer la fabrication de l'acier et publie le résultat de ses observations en 1712.
L'acier est apparu par l'évolution de la métallurgie, vers 1786. Cette année-là, trois savants français, Berthollet, Monge et Vandermonde, caractérisèrent trois types de produits obtenus à partir de la coulée des hauts-fourneaux : le fer, la fonte et l'acier. L'acier était alors obtenu à partir du fer, lui-même produit par affinage de la fonte issue du haut-fourneau. L'acier était plus dur que le fer et moins fragile que la fonte.
Au XIXe siècle sont apparues des méthode de fabrication directe de l'acier sans passer par l'étape fer, avec le procédé Thomas-Gilchrist de déphosphoration des minerais, et les fours Bessemer (Henri Bessemer, 1855 affinage de l'acier par insufflation d'air) et Siemens-Martin. Ces découvertes, permettant la fabrication en masse d'un acier de « qualité » (pour l'époque), participent à la Révolution industrielle.
L'acier s'élabore actuellement de deux manières :
On distingue plusieurs types d'aciers selon leur structure cristallographique :
Le diagramme fer-carbone permet de visualiser la forme d'acier que l'on a selon la température et la teneur en carbone. Toutefois, ce diagramme n'est valable que pour des aciers non-alliés, c'est-à-dire ne contenant que du fer et du carbone. Certains éléments d'alliage favorisent par exemple la forme γ (on parle d'éléments gammagènes : nickel et manganèse). L'acier Hadfield contient 12 % de manganèse et 1,2 % de carbone.
Diagramme de phase fer-carbone, permettant de visualiser conditions d'existence des formes d'acier
Sur ce diagramme, on parle d'acier jusqu'à 1,7 % en masse de carbone (limite de la zone d'austénite), mais on peut avoir des aciers contenant plus de carbone lorsque l'on ajoute des éléments d'alliage.
Le carbone provient du procédé de réduction du minerai, qui se fait avec du charbon dans un haut-fourneau. Selon les propriétés désirées, on ajoute ou on enlève des éléments d'alliage :
Il existe des aciers faiblement alliés, à faible teneur en carbone, et au contraire des aciers contenant beaucoup d'éléments d'alliage (par exemple, un acier inoxydable typique contient 10 % de nickel et 18 % de chrome en masse).
Ils ont un module de Young d'environ 200 GPa, indépendamment de leur composition. Les autres propriétés varient énormément en fonction de leur composition, du traitement thermo-mécanique et des traitements de surface auxquels ils ont été soumis.
Le traitement thermo-mécanique est l'association :
Le traitement de surface consiste à modifier la composition chimique ou la structure d'une couche extérieur d'acier. Cela peut être :
Voir aussi l'article détaillé traitement anti-usure.
