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Propriétés des aciers

L'évaluation des possibilités d'utilisation des divers aciers dans les états variables auxquels ils peuvent être amenés par des traitements se fait en déterminant un certain nombre de grandeurs relatives aux diverses propriétés du métal. Les plus courantes, sinon les plus importantes, se rattachent, d'une part, à la ténacité de l'acier, c'est-à-dire à la résistance opposée aux déformations, d'autre part, à la ductilité, c'est-à-dire à la capacité de se déformer sans se rompre, ces deux qualités étant dans une certaine dépendance.

Parmi les grandeurs les plus couramment déterminées, nous citerons d'abord la dureté, qui s'exprime comme une résistance à l'enfoncement. On mesure la profondeur de pénétration d'une bille, d'un cône ou d'une pyramide appliquée sur l'acier avec une force déterminée. La bille est en acier dur ou en carbure de tungstène (essai Brinell). Le cône (essai Rockwell) ou la pyramide (essai Vickers) sont en diamant. La force appliquée a plusieurs valeurs possibles, et il existe naturellement autant d'échelles de dureté que de valeurs de la charge, les duretés de métaux différents ne pouvant être comparées que si elles sont déterminées suivant la même méthode et avec la même charge. Des tables de correspondance approximative entre les échelles ont été établies. Bien qu'elles mettent en jeu des propriétés différentes du métal – résistance à la déformation, d'une part, capacité de durcissement par déformation (écrouissage), d'autre part –, les mesures de dureté sont très largement pratiquées, en raison de leur simplicité et du fait qu'elles n'entraînent pas de destruction de métal.

D'autres grandeurs très fréquemment utilisées sont celles que l'on obtient grâce à l'essai de traction. Cet essai consiste à soumettre une éprouvette d'acier à une charge croissant jusqu'à provoquer la rupture. On détermine ainsi une limite élastique, qui est la charge maximale que peut subir le métal sans subir une déformation permanente, et une charge de rupture, qui est la charge maximale que peut supporter l'éprouvette sans se rompre. Ces charges sont rapportées à la section initiale de l'éprouvette et exprimées en mégapascals (symbole : MPa ; 1 MPa = 10 bars). Dans l'essai de traction, on mesure aussi l'allongement de l'éprouvette au moment de la rupture, et la striction, qui est le rapport entre la section de l'éprouvette au niveau de la rupture et sa section initiale. La limite élastique et la charge de rupture expriment la ténacité de l'acier, tandis que l'allongement et la striction sont des mesures de la ductilité.

Ces grandeurs peuvent très largement varier. Si l'acier doux, le plus répandu, a une charge de rupture de l'ordre de 350 Mpa, il est très courant d'utiliser des aciers ayant des résistances à la rupture allant jusqu'à 1 500 MPa et au-delà. Pour des emplois spéciaux, on sait maintenant fabriquer des aciers dont la résistance dépasse 3 000 MPa. Les mêmes variations s'observent pour les caractéristiques de ductilité. Des aciers très résistants peuvent se rompre avec des allongements de 1 ou 2 p. 100, tandis qu'il n'est pas rare de trouver des aciers spéciaux ne se rompant qu'après des allongements de 50 à 60 p. 100. La striction subit des variations encore plus grandes.

On dispose ainsi, pour caractériser les aciers et pour calculer les conditions de leur utilisation, de grandeurs reflétant bien une partie notable de leurs propriétés. Ces grandeurs sont d'ailleurs souvent combinées dans les « indices de qualité ». Un indice utilisé pour les aciers au carbone réunit la charge de rupture R et l'allongement A dans la formule N = R+ 2,5 A. Comme, pour un acier donné, l'allongement diminue lorsque la résistance augmente, on a ainsi un indice assez caractéristique d'un acier, quel que soit, entre certaines limites, l'état dans lequel il se trouve.

Une autre grandeur, caractérisant la ductilité de l'acier et, plus particulièrement, sa résistance aux chocs, est la résilience, qui exprime le travail nécessaire pour rompre, par flexion sous l'effet d'un choc, une éprouvette portant une entaille de forme et de profondeur déterminées. Le travail nécessaire pour la rupture est exprimé en joules par centimètre carré de section. Si la résilience n'est pas une grandeur pouvant, comme la charge de rupture et la limite élastique, être introduite dans les calculs, elle n'en constitue pas moins une excellente caractéristique d'évalu [...]

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Découpe d’un tuyau en acier

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Teneur en carbone

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Acier trempé : dureté et teneur en carbone

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Écrit par :

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

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Pour citer l’article

Louis COLOMBIER, Gérard FESSIER, Guy HENRY, Joëlle PONTET, « ACIER - Technologie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 23 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/acier-technologie/