ACIER Technologie

Aciers alliés

Les aciers alliés se distinguent des aciers non alliés par la présence de certains éléments d'alliage (cf. tableau).

Les éléments d'alliage agissent sur la structure de l'acier et modifient par là certaines de leurs propriétés, mais ils peuvent aussi attribuer à l'acier des propriétés entièrement nouvelles.

Chacun de ces éléments se caractérise par une tendance dominante soit à rester dissous dans la ferrite, soit à former avec le carbone un carbure analogue à la cémentite, ou de composition très différente. Comme l'acier ordinaire, les aciers alliés ont, le plus souvent, une structure à deux phases – ferrite et carbure – plus ou moins séparées : l'élément d'alliage se retrouve dans l'une ou l'autre de ces phases, parfois même dans les deux.

L'élément le plus fréquemment utilisé est le chrome. On le retrouve à la fois dans la ferrite et dans les carbures. Il agit, d'une part, sur les points de transformation de l'acier, d'autre part, sur la vitesse à laquelle se transforme l'austénite au cours du refroidissement.

Action du chrome sur l'austénite - crédits : Encyclopædia Universalis France — Action du chrome sur l'austénite
Encyclopædia Universalis France

Le point de transformation α → γ au chauffage est peu modifié : il est d'abord abaissé par des teneurs en chrome allant jusqu'à 8 p. 100, puis relevé au-delà. En revanche, le point de transformation γ → δ est régulièrement abaissé, de sorte que l'intervalle entre les deux points – c'est-à-dire le domaine de température où l'austénite est stable – diminue constamment lorsque la teneur en chrome augmente, jusqu'au moment où il disparaît ; l'acier ne passe plus, lors du chauffage, par l'état austénitique. Cela se produit pour une teneur en chrome voisine de 13 p. 100 pour les aciers très peu riches en carbone, et seulement de 30 p. 100 lorsque la teneur en carbone atteint 0,4 p. 100. La figure 5 schématise ce phénomène. Les éléments qui, comme le chrome, limitent ou empêchent la formation de l'austénite sont appelés alphagènes, et les aciers qui ne subissent pas de transformation au chauffage et restent toujours à l'état α sont dits ferritiques.

Cette absence de transformation a une conséquence importante : ne passant pas par l'état austénitique, l'acier ne peut pas subir un durcissement par trempe. Il n'y a, en même temps, aucune possibilité de régénération de la structure autrement que par une déformation mécanique à chaud.

Une deuxième action du chrome se manifeste par un ralentissement des transformations de l'austénite pendant le refroidissement. Cela correspond à une augmentation de la trempabilité : le domaine de transformation martensitique pourra être atteint avec de plus faibles vitesses de refroidissement. Des aciers au chrome pourront être trempés à l'huile ou même à l'air.

Aciers au chrome et aciers ordinaire : dureté - crédits : Encyclopædia Universalis France — Aciers au chrome et aciers ordinaire : dureté
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Le chrome augmente également la résistance au revenu : lorsque l'acier, après la trempe, est soumis à un revenu, il s'adoucit plus lentement et à de plus hautes températures. La figure 6 donne un exemple de ce comportement qui est lié à une précipitation durcissante de carbures de chrome et, éventuellement, à la transformation de l'austénite résiduelle. Les carbures précipités peuvent être du type cémentite, dans laquelle le chrome remplace une partie du fer, ou avoir les compositions Cr₇C₃ ou Cr₂₃C₆.

Enfin, une importante propriété du chrome est de donner à l'acier une bonne résistance à la corrosion. Pour des teneurs supérieures à 10,5 p. 100, le chrome provoque la formation d'une couche riche en oxydes à la surface de l'acier ; celle-ci le protège contre les attaques chimiques. Pour cette raison, le chrome est la base d'une très importante gamme d'aciers spéciaux et des aciers inoxydables.

Le nickel trouve également de très fréquents emplois dans les aciers alliés. Il présente deux différences[...]

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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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