acier (suite)

• Le nickel, en proportion de 0,5 à 5 p. 100, améliore la trempabilité, c’est-à-dire une meilleure pénétration de la trempe pour les pièces épaisses, et augmente les caractéristiques mécaniques ; pour des teneurs plus élevées, jusqu’à 50 p. 100 (ferro-nickel), il favorise la tenue à la corrosion dans de nombreux milieux chimiques et apporte des propriétés toutes particulières aux points de vue de la dilatation et du magnétisme.

• Le chrome, en proportion de 1 à 6 p. 100, favorise la trempabilité, augmente la température de revenu et accroît les caractéristiques mécaniques par la formation de carbures. S’il contient de 10 à 20 p. 100 de chrome, l’acier est rendu inoxydable aux agents corrosifs et oxydants industriels. Pour une teneur en chrome de 25 p. 100, il devient réfractaire, c’est-à-dire résiste à la détérioration par oxydation à l’air au cours du chauffage (pièces de fours).

• Le silicium, jusqu’à la proportion de 2 p. 100, augmente la limite d’élasticité ainsi que la résilience de l’acier (acier à ressorts, vilebrequins) ; il diminue aussi les pertes magnétiques (tôles pour transformateurs et induits de machines électriques tournantes).

• Le manganèse, à la teneur de 2 p. 100, favorise les conditions de trempe (acier dit « indéformable »). À celle de 13 p. 100, il confère à l’acier une remarquable tenue à l’usure et au choc (acier Hadfield pour pièces de broyeurs et pour des éléments de rails et d’aiguillages).

• Le tungstène, jusqu’à la proportion de 18 p. 100, augmente la stabilité de l’acier au revenu et lui confère une grande résistance à l’usure par la présence de carbures durs (aciers à outils et aciers dits « à coupe rapide »).

D’après leur application, les aciers alliés sont classés en diverses catégories.

Aciers de construction pour usages généraux
Ce sont des aciers au chrome-nickel, au chrome-molybdène ou au nickel-chrome-molybdène, dans lesquels on recherche, en relation avec les formes et les dimensions des pièces, la meilleure homogénéité de traitement thermique avec les caractéristiques mécaniques optimales ; ils sont très employés dans l’industrie mécanique pour la confection d’organes de machines ou de moteurs.

Aciers à outils
Ces aciers sont utilisés soit pour les outils de coupe, soit pour les outillages de formage à froid ou à chaud (matrices et poinçons d’emboutissage, de forgeage), soit encore par les outillages de découpe à chaud ou à froid par cisaillage. On demande à ces aciers des caractéristiques de dureté, de résilience, de tenue à l’usure et à la fatigue ; de plus, dans certains cas, ces caractéristiques doivent se conserver malgré réchauffement de l’outil. Les compositions les plus courantes correspondent aux aciers indéformables à 2 p. 100 de manganèse et de vanadium, aux aciers indéformables à 2 p. 100 de carbone et à 13 p. 100 de chrome, aux aciers à 2 p. 100 de silicium avec molybdène et aux aciers les plus caractéristiques au tungstène et au chrome. Dans cette dernière catégorie, il faut noter un acier dit à coupe rapide, mis au point par Frederick Winslow Taylor (1856-1915) aux États-Unis en 1906 et qui permet l’usinage à grande vitesse, même avec un échauffement de la pointe de l’outil vers 600 °C ; la composition classique comporte 1 p. 100 de carbone, 18 p. 100 de tungstène, 4 p. 100 de chrome et 1 p. 100 de vanadium.

Aciers inoxydables
Ces aciers doivent résister à l’action d’agents de corrosion en milieu sec ou liquide et à des températures ne dépassant pas 250 °C (industrie chimique et alimentaire, bâtiment).

Le chrome est l’élément primordial de la tenue à la corrosion ; mais, pour des raisons de traitement thermique et de stabilité, des éléments tels que le nickel et le molybdène doivent être ajoutés. Suivant leur structure micrographique, on distingue :

• les aciers martensitiques, à 12-15 p. 100 de chrome et 0,4 p. 100 de carbone, dont la bonne inoxydabilité est combinée à d’excellentes caractéristiques mécaniques ;

• les aciers ferritiques, à 16-30 p. 100 de chrome et moins de 0,3 p. 100 de carbone, de caractéristiques mécaniques moyennes, mais utilisés pour leur tenue à certains milieux acides notamment dans l’industrie chimique et aussi pour la décoration de bâtiments ;

• les aciers austénitiques, les plus courants, à 18 p. 100 de chrome et 8 p. 100 de nickel, avec addition de 3 p. 100 de molybdène ; lors du soudage de ces aciers, des précipitations de carbures entraînent une diminution de la tenue à la corrosion : d’où la nécessité d’une très faible teneur en carbone, inférieure à 0,02 p. 100, ou d’une addition d’éléments stabilisants (titane, niobium).

Aciers réfractaires
Ces aciers présentent une bonne tenue à l’oxydation ou à l’action corrosive de certains gaz, sels, métaux fondus, ainsi qu’une grande résistance mécanique, particulièrement au fluage en fonction du temps ; certaines compositions dérivées de celles des aciers inoxydables comportent jusqu’à 30 p. 100 de chrome et 20 p. 100 de nickel, avec des additions de silicium, d’aluminium, de tungstène, de titane, de molybdène et de cobalt.

Aciers pour applications particulières
Les aciers à roulement acquièrent de bonnes caractéristiques mécaniques, notamment une grande résistance à l’usure et à la fatigue, par l’addition de 2 p. 100 de chrome. Les aciers pour aimants permanents sont alliés avec du cobalt (jusqu’à 30 p. 100), du tungstène et du chrome.

Les aciers dénommés « Maraging » (de martensite et aging, « vieillissement »), fortement alliés (18 p. 100 de nickel, 8 p. 100 de cobalt, 4 p. 100 de molybdène, 0,5 p. 100 de titane et seulement 0,03 p. 100 de carbone), acquièrent des caractéristiques élevées de résistance et de ténacité grâce à un traitement de durcissement structural. L’emploi de ces aciers est surtout apprécié dans l’industrie aéronautique et spatiale, dans l’industrie chimique (réservoirs sous pression, appareillages) et pour des outillages travaillant à haute température.

R. L. R.