Qu’est-ce l’acier au carbone ?
L’acier au carbone est un type de matériau en acier dans lequel du carbone est ajouté au composant principal, le fer.
Outre le fer et le carbone, la composition comprend des éléments tels que le manganèse, le silicium, le phosphore et le soufre. La teneur en carbone détermine les propriétés de l’acier, c’est pourquoi on l’appelle acier au carbone.
Le fer pur, qui ne contient pratiquement pas de carbone ou d’autres éléments (moins de 0,02 % de teneur en carbone), est très mou et ne convient pas à une utilisation pratique : l’ajout de carbone améliore sa dureté et sa résistance. L’acier au carbone est un matériau qui exploite ces propriétés. En ajustant la teneur en carbone, il est possible d’obtenir un acier au carbone dont les propriétés sont adaptées à l’utilisation prévue.
Utilisations de l’acier au carbone
L’acier au carbone, comme l’acier allié, est utilisé dans toutes sortes de structures, de composants de machines et d’objets de la vie courante. Les propriétés mécaniques de l’acier au carbone dépendent de sa teneur en carbone, qui varie considérablement en fonction du traitement thermique.
C’est pourquoi il dispose d’un large éventail d’utilisations en tant que matériau métallique. Il existe tellement de types d’aciers au carbone et d’aciers alliés qu’ils sont classés en fonction de leur teneur en carbone, de l’usage auquel ils sont destinés, de leur résistance et de leur composition, et sont normalisés comme d’autres produits industriels. Les aciers au carbone, en particulier, sont moins chers que les aciers alliés et devraient donc être le premier matériau à considérer lors du choix des matériaux en acier.
Caractéristiques de l’acier au carbone
En règle générale, les matériaux en acier dont la teneur en carbone est comprise entre 0,02 % et 2,14 % sont appelés “acier au carbone”. Plus la teneur en carbone augmente, plus la dureté et la résistance à la traction augmentent. En revanche, il devient plus fragile et moins allongé, ce qui se traduit par une résistance aux chocs et une maniabilité moindres.
Outre l’ajustement de la teneur en carbone, les propriétés peuvent être modifiées par un traitement thermique. Les principales méthodes de traitement thermique sont le recuit, le revenu et la trempe.
Parmi les composants autres que le fer contenus dans l’acier au carbone, le carbone, le manganèse, le silicium, le phosphore et le soufre en particulier sont appelés les cinq éléments majeurs. Les éléments autres que le carbone ne sont souvent pas ajoutés intentionnellement, mais ne sont pas enlevés au cours de la fabrication.
Le silicium améliore la résistance à la traction, le manganèse améliore la ténacité et la trempabilité. Le phosphore réduit la ténacité à basse température et le soufre réduit la ténacité à haute température ; il est donc conseillé de réduire autant que possible la teneur en ces éléments.
Types d’acier au carbone
Il existe plusieurs façons de classer les aciers au carbone, comme indiqué ci-dessous.
1. Classification selon la teneur en carbone
En fonction de la teneur en carbone, les aciers au carbone sont classés en acier au carbone bas (0,02%-0,25%), acier au carbone moyen (0,25%-0,6%) et acier au carbone haut (0,6%-2,14%). Étant donné qu’ils sont utilisés dans un large éventail de secteurs, les aciers à faible et moyen carbone en particulier sont également désignés collectivement sous le nom d’acier ordinaire.
2. Classification par dureté
En fonction de la dureté, l’acier est globalement classé en deux catégories : l’acier doux et l’acier dur. En termes de teneur en carbone, l’acier doux correspond généralement à 0,18 % à 0,3 %, tandis que l’acier dur correspond à 0,3 % à 1,0 %.
Plus finement, l’on parle parfois d’acier ultra-doux (inférieur à 0,12 %), d’acier doux (0,12 % à 0,2 %), d’acier mi-doux et mi-dur (0,2 % à 0,45 %), d’acier dur (0,45 % à 0,8 %) et d’acier le plus dur (0,8 % à 1,7 %). Les aciers doux et durs se distinguent par leur résistance à la trempe.
L’inconvénient de l’acier doux est qu’il a une faible teneur en carbone, de sorte que la trempe a peu d’effet. En revanche, il présente l’avantage de pouvoir être soudé en raison de sa résistance à la trempe.
3. Classification selon la désignation JIS
Sur le plan industriel, l’acier est classé en fonction de sa composition, de ses propriétés mécaniques et des désignations (symboles).
- Tôle d’acier laminée à froid (Matériau Spc)
Acier au carbone dont la teneur en carbone est inférieure à 0,1 %. C’est le plus tendre des aciers au carbone transformés en tôles et il est facile à mettre en œuvre, mais il ne convient pas pour les composants porteurs. - Acier laminé de construction général (Acier Ss)
L’acier inoxydable est utilisé non seulement à des fins structurelles, mais aussi pour des pièces de machines, car il est peu coûteux, polyvalent et facile à travailler. Il ne se prête pas au traitement thermique et doit donc être utilisé sans traitement. Une nuance d’acier typique est l’acier SS 400. - Acier au carbone pour la construction de machines (Acier S-C)
Par rapport à l’acier inoxydable, l’acier S-C présente une dureté et une résistance plus élevées et peut être traité thermiquement, ce qui le rend adapté aux pièces mécaniques telles que les engrenages et les roulements qui nécessitent une résistance mécanique. Les nuances d’acier typiques sont S45C et S50C. - Acier au carbone pour outils (Matériau SK)
Acier au carbone dont la dureté et la résistance sont encore plus élevées que celles du matériau S-C, mais dont la dureté diminue à haute température. Il convient principalement aux outils à main qui ne génèrent pas de chaleur.