ACIER Technologie

Structure des aciers

Les aciers sont, à la température ambiante, constitués essentiellement par des mélanges de ferrite et de cémentite. Mais la superposition de ces deux constituants peut prendre des formes très différentes selon les conditions dans lesquelles ils ont pris naissance. Les structures de l'acier peuvent ainsi être extrêmement variées ; elles sont aisément mises en évidence par les techniques de la métallographie.

Celles-ci comportent l'examen d'une surface du métal très soigneusement polie et attaquée par des réactifs convenables qui mettent en évidence, par des différences dans l'intensité de l'attaque, les divers constituants de l'acier. L'examen se fait à l'aide d'un microscope optique. Des procédés un peu différents permettent l'examen au microscope électronique avec des grossissements beaucoup plus grands. On a pu constater que les propriétés d'un acier étaient essentiellement fonction de cette structure ; par conséquent, l'obtention d'une structure convenable est la clé qui permet d'attribuer à l'acier les propriétés désirées.

Ces structures dépendent des conditions dans lesquelles l'acier a été refroidi depuis le moment où, chauffé au-dessus du point de transformation, il était constitué par de l'austénite. En particulier, suivant la vitesse de refroidissement, on peut avoir, dans le cas de faibles vitesses, une répartition dans la ferrite de particules très grossières de cémentite, ou, au contraire, dans le cas de plus grandes vitesses, une superposition des deux constituants en éléments extrêmement fins, discernables seulement avec de très forts grossissements. À l'extrême, on peut arriver à une solution de carbone dans une ferrite déformée, solution en état de faux équilibre, puisque la solubilité du carbone dans la ferrite est extrêmement faible ; la structure formée est la martensite ; dès qu'un échauffement aura restitué aux atomes de carbone une certaine mobilité, ils se sépareront de la ferrite sous forme de carbure, tandis que la ferrite retrouvera sa cristallisation cubique centrée normale.

La connaissance des diverses structures auxquelles peut aboutir la transformation de l'austénite lors du refroidissement a accompli de grands progrès grâce à l'étude de cette transformation en conditions isothermes à diverses températures. Lorsqu'on prend un échantillon d'un acier chauffé dans le domaine de l'austénite, qu'on le refroidit brusquement à une température inférieure à son point de transformation – par exemple, à 600 ⁰C – et qu'on le maintient à cette température pendant une durée suffisante, on peut suivre, par différentes méthodes, la transformation de l'austénite en fonction du temps. On constate alors que cette transformation débute seulement après un « temps d'incubation » qui dépend de la composition de l'acier et, pour un acier donné, de la température. Il peut être d'une fraction de seconde, de quelques minutes ou de quelques heures. Après cette période d'incubation, la transformation commence par l'apparition de ferrite ou de cémentite, suivant que l'acier est hypo- ou hypereutectoïde. Cette formation de ferrite ou de cémentite correspond à un enrichissement ou à un appauvrissement en carbone de l'austénite non transformée. Le phénomène se poursuit jusqu'au moment où le mélange atteint la teneur eutectoïde de 0,8 p. 100 de carbone. À partir de ce moment, le constituant formé est un agrégat de ferrite et de cémentite. La transformation continue progressivement jusqu'à ce qu'elle soit complète.

Austénite : transformation - crédits : Encyclopædia Universalis France — Austénite : transformation
Encyclopædia Universalis France

On a pu tracer ainsi, pour chaque acier, des diagrammes dits TTT (température, temps, transformation) sur lesquels figurent les courbes représentant le début et la fin de la transformation et,[...]

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Écrit par

Louis COLOMBIER : docteur ès sciences, ancien directeur de recherche à la Compagnie des ateliers et forges de la Loire
Gérard FESSIER : ingénieur call centre à l'Office technique pour l'utilisation de l'acier (O.T.U.A.)
Guy HENRY : ingénieur en chef à l'Institut de recherches de la sidérurgie française, adjoint au directeur de l'Institut de recherches de la sidérurgie française
Joëlle PONTET : directrice générale de l'Office technique pour l'utilisation de l'acier (O.T.U.A.)

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