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1 SOMMAIRE INTRODUCTION………………………………………………………………………………………………..…..2 Première Part

1 SOMMAIRE INTRODUCTION………………………………………………………………………………………………..…..2 Première Partie : GENERALITES………………………………………………………………..…..............3 I- Propriétés des aciers…………………………..………………………………………………………………………………………………………..…….4 II-Aperçu de la composition, des avantages et des inconvénients………………………………………………………………...…...4 III-Alliages fer-carbone…………………………………………………………………………………….……………………………………….……………5 IV- aciers au carbone……………………………………………………………………..……………………….……………………………………..………6 Deuxième Partie : DESIGNATION ET PRINCIPALES NUANCES DES ACIERS ET FONTE………………………………..……………………………………………………………………………….…8 I- Acier au carbone d’usage general……………………………………….………….……. ……………………………………………………….……9 II-Aciers spéciaux, non alliés, de type C……………………………………….………………………………………………………………………...…11 III-Acier faiblement alliés pour haute résistance…………………………………………………………………………………………………..…11 IV-Acier fortement alliés ………………………………………………………………………………………………………………………………………..…15 V-Fonte…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…19 CONCLUSION………………………………………………………………………………………...……..…...…24 CLASSE ET NUANCES DES ACIERS Page 2 INTRODUCTION Les aciers sont des matériaux contenant en masse plus de fer que tout autre élément et dont la teneur en carbone est inférieure à 2 % (ou 1,7 %). Ils sont ductiles : Leur mise en forme peut s’obtenir par des compressions à froid. Les constituants de l’acier sont alliés au fer. Ce sont le carbone (généralement entre 0,2 et 0,7 %) et le silicium (entre 0,1 et 0,7 % ou jusqu’à 4 % dans certains aciers spéciaux). On trouve aussi le manganèse, entre 0,3 et 0,8 %, ou entre 12 et 15 % dans les aciers de grande dureté. Le manganèse permet au fer de conserver sa capacité au soudage, qu’il perd lorsqu’il est allié à plus de 0,15 % de carbone. Le soufre et le phosphore, ainsi que l’oxygène, sont des impuretés néfastes, même à une teneur de 0,1 %. Le soufre abaisse la malléabilité de l’alliage ; le phosphore le fragilise. Dans de nombreux aciers spéciaux, on rencontre le nickel, le molybdène et le vanadium. Les propriétés physiques des différents types d’acier dépendent avant tout de la teneur en carbone et de la manière dont l’élément est réparti dans le fer. Avant le traitement thermique, la plupart des aciers sont un mélange de ferrite et de cémentite. La ferrite, ductile, est un fer contenant de petites quantités de carbone et d’autres éléments en solution. La cémentite, composée de fer contenant environ 7 % de carbone, est extrêmement cassante et dure. La dureté et la résistance d’un acier non traité dépendent des proportions de ces composants. La structure des aciers est déterminée par métallographie, au moyen d’un microscope électronique [2]. Cinquante huit nuances d’aciers sont couramment commercialisées : Il existe trois familles principales d’aciers : les aciers au carbone d’usage général ; les aciers faiblement alliés pour haute résistance et les aciers fortement alliés d’usage particuliers *1+. De prix compétitif, mieux adaptées au moulage qu’aux aciers, du faite d’une plus grande fluidité à chaud et de températures de fusion inférieures (1200°C contre 1500°C), les fontes sont régulièrement utilisées. CLASSE ET NUANCES DES ACIERS Page 3 Première Partie : CLASSE ET NUANCES DES ACIERS Page 4 I- PROPRIETE DES ACIERS Les aciers sont élaborés pour résister à des sollicitations mécaniques ou des agressions chimiques ou une combinaison des deux. Pour résister à ces sollicitations ou agressions, des éléments chimiques peuvent être ajoutés en plus du carbone. Ces éléments sont appelés éléments d'additions, les principaux sont le manganèse (Mn), le chrome (Cr), le nickel (Ni), le molybdène (Mo). Les éléments chimiques présents dans l'acier peuvent être classés en 3 catégories :  Les impuretés, originellement présentes dans les ingrédients de haut-fourneau qui serviront à produire la fonte qui servira à fabriquer l'acier. Ce sont le soufre (S) et le phosphore (P) présent dans le coke mais aussi le plomb (Pb) et l'étain (Sn) qui peuvent être présents dans les aciers de récupération ainsi que nombre d'autres éléments à bas point de fusion comme l'arsenic (As), l'antimoine (Sb) ;  Les éléments d'addition mentionnés plus haut et qui sont ajoutés de manière intentionnelle pour conférer au matériau les propriétés recherchées, et enfin ;  Les éléments d'accompagnement que l'aciériste utilise en vue de maîtriser les diverses réactions physico-chimiques nécessaires pour obtenir en final un acier conforme à la spécification. C'est le cas d'éléments comme l'aluminium, le silicium, le calcium. II- APERCUE DE LA COMPOSITION DES AVANTAGES ET DES INCONVENIENTS La teneur en carbone a une influence considérable (et assez complexe) sur les propriétés de l’acier : en dessous de 0,008 %, l’alliage est plutôt malléable et on parle de « fer » ; au-delà de 1.7 %, les inclusions de carbone sous forme graphite fragilisent la microstructure et on parle de fonte. Entre ces deux valeurs, l’augmentation de la teneur en carbone a tendance à améliorer la résistance mécanique et la dureté de l’alliage ; on parle d’aciers « doux, mi- doux, mi-durs, durs ou extra-durs » (classification traditionnelle). On modifie également les propriétés des aciers en ajoutant d’autres éléments, principalement métalliques, et on parle d’aciers alliés. De plus, on peut encore améliorer grandement leurs caractéristiques par des traitements thermiques (notamment les trempes) prenant en surface ou à cœur de la matière ; on parle alors d’aciers traités. Outre ces diverses potentialités, et comparativement aux autres alliages métalliques, l’intérêt majeur des aciers réside d’une part dans le cumul de valeurs élevées dans les propriétés mécaniques fondamentales :  résistance aux efforts : module d’élasticité, limite élastique, résistance mécanique ; CLASSE ET NUANCES DES ACIERS Page 5  dureté ;  résistance aux chocs (résilience). D’autre part, leur coût d’élaboration reste relativement modéré, car le minerai de fer est abondant sur terre (environ 5 % de l’écorce) et sa réduction assez simple (par addition de carbone à haute température). Enfin les aciers sont pratiquement entièrement recyclables grâce à la filière ferraille. On peut néanmoins leur reconnaître quelques inconvénients, notamment leur mauvaise résistance à la corrosion à laquelle on peut toutefois remédier, soit par divers traitements de surface (peinture, brunissage, zingage, galvanisation à chaud, etc.), soit par l’utilisation de nuances d'acier dites « inoxydables ». Par ailleurs, les aciers sont difficilement moulables, donc peu recommandés pour les pièces volumineuses de formes complexes (bâtis de machines, par exemple). On leur préfère alors des fontes. Enfin, lorsque leur grande masse volumique est pénalisante (dans le secteur aéronautique par exemple), on se tourne vers des matériaux plus légers (alliages à base d’aluminium, titane, composites, etc.), qui ont l'inconvénient d'être plus chers. De ce fait, les aciers restent privilégiés dans presque tous les domaines d’application technique : équipements publics (ponts et chaussées, signalisation), industrie chimique, pharmaceutique et nucléaire (équipements sous pression, équipements soumis à l'action de la flamme, récipients divers), agro-alimentaire (conditionnement et stockage), bâtiment (armatures, charpentes, ferronnerie, quincaillerie), industrie mécanique et thermique (moteurs, turbines, compresseurs), automobile (carrosserie, équipements), ferroviaire, aéronautique et aérospatial), médical (instruments, appareils et prothèses), composants mécaniques (visserie, ressorts, câbles, roulements, engrenages), outillage de frappe (marteaux, burins, matrices) et de coupe (fraises, forets, porte-plaquette), mobilier, design et équipements électroménagers, etc. Les aciers et les fontes sont les alliages du fer et du carbone avec éventuellement des éléments d’addition(aciers alliés). Ils sont peu couteux (le fer, métal de base le moins cher, existe en grande quantité sur la planète) et sont facilement recyclable. III- ALLIAGE FER-CARBONE 1. Fer Le fer perd ses propriétés magnétiques au-dessus de 768°C, point de Curie, et existe sous plusieurs formes en fonction de la température : Fer α (alpha) : il existe jusqu’à 906°C. De structure cristalline à maille cubique centrée, il ne dissout pratiquement pas le carbone (0.025%C à 725°C, 0.008%C à température ambiante). La solution fer α plus carbone dissous s’appelle la ferrite. CLASSE ET NUANCES DES ACIERS Page 6 Fer ϒ (gamma) : il est stable entre 906°C et 1401°C ; de maille cubique à faces centrées, il peut absorber, ou << dissoudre>>, beaucoup plus d’atomes de carbone que le fer α car les interstices sont plus nombreux entre les atomes. La proportion maximale est de 1.7% à 1135°C. La solution fer ϒ plus carbone dissout s’appelle l’austénite. Fer δ (delta) : il est stable entre 1401°C et 1528°C ; de maille cubique centrée, il a peu d’importance sur le plan industriel. 2. Carbone Il fond à 3500°C et cristallise sous trois formes possibles : le graphite, le diamant et le noir de fumée. 3. Alliage fer-carbone Alliés avec le fer, les atomes de carbone remplissent plus ou moins les interstices, ou les vides, laissés entre les atomes de fer de chaque maille. Les caractéristiques de la structure de base sont modifiées, le fer devient acier ou fonte avec de meilleures propriétés. Sous certaines conditions d’équilibre, le carbone peut s’amalgamer, sans dissolution, au fer pour former du carbure Fe3C ou cémentite qui contient 6.67%C, pourcentage maximal d’absorption. IV- ACIERS AU CARBONE Lorsque les refroidissements sont suffisamment lents, l’austénite se transforme d’abord en ferrite qui, compte tenu des interstices plus petits de sa maille, ne peut pas absorber tous les atomes de carbone libérés. En conséquence, au fur et à mesure que la température diminue, une partie du carbone libéré se combine avec les atomes de fer pour produire de la cémentite. Cette cémentite s’agglomère avec la ferrite précédente pour donner la perlite. En fin de refroidissement on peut obtenir trois cas d’aciers. 1. Acier eutectoïde (0.83%C) Toute l’austénite initiale est précipitée en perlite : un seul constituant de base contenant 0.83%C . 2. Acier hypoeutectoïde(0.008 à 0.83%C) Ce sont les plus utilisés industriellement ; ils ont deux contituants de base, la perlite et la ferrite. Au uploads/s3/ classe-et-nuances-des-aciers.pdf