Éléments & symboles

Influence des éléments sur l’acier

Les aciers sont parmi les alliages les plus souvent utilisés et est essentiellement un alliage de carbone et de fer.  Cela contient aussi d’autres éléments, dont certains sont retenus du processus de fabrication d’acier, d’autres constituants sont ajoutés pour produire des propriétés spécifiques.  Les éléments les plus communs sont répertoriés ci-dessous :

1. Aluminium (Al)
Quand ajouté à l’acier fondu, se mélange très rapidement avec tout oxygène non dissous et est par conséquent considéré comme l’un des désoxydants les plus communs dans la fabrication de l’acier. L’aluminium est aussi utilisé pour produire une structure au grain fin et pour contrôler la croissance du grain.

2. Carbone (C)
Le métal de base, le fer, est allié avec le carbone pour fabriquer l’acier et a l’effet d’augmenter la dureté et la résistance du fer. Du fer pur ne peut pas être durci ou rendu plus résistant par le traitement thermique mais l’ajout du carbone permet une gamme étendue de dureté et de résistance.

3. Chrome (Cr)
Le chrome est ajouté à l’acier pour augmenter la résistance à l’oxydation. Cette résistance augmente lorsque plus de chrome est ajouté.  ‘L’acier Inoxydable’ contient environ 11% de chrome et a un niveau très élevé de résistance générale à la corrosion en comparaison avec des aciers contenant un moindre pourcentage de chrome.  Quand ajouté à des aciers faiblement alliés, le chrome peut augmenter la réaction au traitement thermique, ainsi améliorant la trempabilité et la résistance.

4. Cobalt (Co)
C’est utilisé pour augmenter la dureté rouge d’un acier. Cela ajoute beaucoup de durée de vie à un outil par sa capacité de maintenir la dureté et la capacité de coupe lorsque c’est chauffé jusqu’au rouge terne pendant une opération d’usinage.

5. Cuivre (Cu)
Le cuivre est normalement présent dans les Aciers Inoxydables en tant qu’élément résiduel. Cependant il est ajouté à quelques alliages pour produire des propriétés de durcissement par la précipitation.

6. Fer (Fe)
Même s’il manque en résistance, il est très souple et ductile, et ne réagit pas au traitement thermique d’aucune façon. Le fer est l’élément principal dans l’acier. En ajoutant d’autres éléments d’alliage requis des propriétés mécaniques peuvent être atteintes.

7. Plomb (Pb)
C’est utilisé dans l’acier pour améliorer l’usinabilité. En petites quantités de 0,15 – 0,30% et finement divisé et distribué, il n’a pas d’effet connu sur les propriétés mécaniques de l’acier.

8. Manganèse (Mn)
Sa présence a trois effets principaux, c’est un désoxydant léger agissant comme un nettoyant retirant le soufre et l’oxygène de la fonte dans les scories. Il augmente la trempabilité et la résistance à la traction mais réduit la ductilité. Il se combine avec le soufre pour former des sulfures de manganèse, essentiel dans les aciers de décolletage.

9. Molybdène (Mo)
Le molybdène, en l’ajoutant aux aciers austénitiques au nickel-chrome, améliore la résistance à la corrosion par piqûres notamment par les chlorures et par les produits chimiques au soufre. En l’ajoutant aux aciers faiblement alliés, le molybdène améliore les résistances et la dureté à haute température. En l’ajoutant aux aciers au chrome il diminue fortement la tendance des aciers de se détériorer en service ou en traitement thermique.

10. Nickel (Ni)
En l’ajoutant à l’acier au carbone en quantités jusqu’à 5 % il augmente la résistance à la traction, la ténacité et la trempabilité sans perte de ductilité. Souvent utilisé en combinaison avec d’autres éléments d’alliage, particulièrement le chrome et le molybdène. Les aciers inoxydables contiennent entre 8 % et 14 % de nickel.

11. Niobium (Nb/Cb)
Le niobium (le columbium) augmente la limite d’élasticité et, à un moindre degré, la résistance à la traction d’acier au carbone. L’ajout de petites quantités de niobium peut augmenter de manière significative la limite d’élasticité des aciers.  Le niobium peut aussi avoir un effet de renforcement de précipitation modéré. Ses contributions principales sont de former des précipités au-dessus de la température de transformation, et de retarder la recristallisation de l’austénite, ainsi favorisant une microstructure à grain fin ayant une résistance et une ténacité améliorée.

12. Azoté (N)
Le azoté a l’effet d’augmenter la stabilité austénitique des Aciers Inoxydables et est, comme dans le cas du nickel, un élément qui forme l’austénite. La limite d’élasticité est fortement améliorée quand du azoté est ajouté aux aciers inoxydables austénitiques.

13. Phosphore (P)
Même s’il augmente la résistance à la traction de l’acier et améliore l’usinabilité il est généralement considéré comme étant une impureté indésirable à cause de son effet fragilisant. La plupart des aciers ne dépassent pas 0,05% de phosphore.

14. Sélénium (Se)
Le sélénium est ajouté pour améliorer l’usinabilité.

15. Silicium (Si)
Dans la plupart des aciers commerciaux il est présent dans une gamme de 0,05 / 0,35 % et agit en tant qu’agent désoxydant puissant. Il est présent à des teneurs plus élevées dans les Aciers à Ressorts au Silicone-Manganèse et dans les aciers résistant à l’acide et à la chaleur.

16. Soufre (S)
En l’ajoutant en petites quantités le soufre améliore l’usinabilité mais ne provoque pas la fragilité à chaud. La fragilité à chaud est réduite en ajoutant du manganèse, qui se combine avec le soufre pour former du sulfure de manganèse. Comme le sulfure de manganèse a un point de fusion plus élevé que le sulfure de fer, qui se formerait si le manganèse n’était pas présent, les points faibles aux joints de grains sont grandement réduits pendant le corroyage.

17. Tantale (Ta)
Chimiquement similaire au niobium et a des effets similaires.

18. Titane (Ti)
L’utilisation principale de titane en tant qu’élément d’alliage dans l’acier est pour la stabilisation carbure. Il se combine avec le carbone pour former des carbures de titane, qui sont tout à fait stable et difficile à dissoudre dans l’acier, ceci tend à minimiser l’apparition de la corrosion inter-granulaire, comme avec A.I.S.I 321, lors de l’ajout d’environ 0,25 % / 0,60 % de titane, le carbone se combine avec le titane en préférence au chrome, empêchant une congestion de chrome résistant à la corrosion comme des carbures inter-granulaires et la perte qui l’accompagne de résistance à la corrosion aux joints de grains.

19. Tungstène (W)
C’est utilisé comme l’élément principal dans les aciers à outils à haute vitesse. Après un traitement thermique l’acier maintient sa dureté à haute température le rendant particulièrement adapté aux outils de coupe.

20. Vanadium (V)
C’est un désoxydant puissant et favorise la structure à grains fins. Il aide l’acier à résister au ramollissement à des températures élevées et semble résister aux chocs mieux que les aciers qui n’en ont pas.