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Acier
Travail à chaud et à froid
Traitement thermique de l'acier
Les classifications
Les aciers de construction


Le fer est l'élément de base de tous les aciers. S'il n'est pas combiné avec aucun autre élément, il se nomme seulement « fer ». Aussitôt qu'il est allié avec du Carbone, il devient de l'acier. Dépendamment des éléments avec lesquels il est combiné, l'acier prend des propriétés chimiques et mécaniques complètement différentes. Passons en revue quelques uns des éléments avec lesquels le fer est souvent combiné.

CarboneLe plus élevé l'acier en contient, le plus grand sera sa charge de rupture, sa dureté ainsi que sa résistance à l'usure et il aura une meilleure réponse aux différents traitements thermiques.
ManganèseAugmente la ductilité et confère une meilleure réponse aux traitements thermiques.
SulfureAméliore la machinabilité.
SiliciumAgit comme déoxydant et augmente la résistance de l'acier. Il affecte aussi la vitesse de diffusion du zinc dans l'acier lors de la galvanisation à chaud.
MolybdèneAméliore la dureté et la trempabilité. Quand il est ajouté dans des proportions de 2 à 4 % (comme dans l'acier inoxydable), il améliorera la résistance de l'acier aux attaques des chlorides.
ChromeS'il est utilisé en petites quantités, il améliore la réponse aux traitements thermiques et l'abrasion. Quand son pourcentage est grand (entre 12 et 25%), il améliore la résistance à l'oxydation et à la corrosion.
NickelAméliore la trempabilité et la résistance à la corrosion. De plus, il augmente la stabilité de l'acier à haute température.
PlombAugmente la machinabilité de l'acier.
PhosphoreDiminue la ductilité et la résilience et améliore la machinabilité et la résistance à la corrosion.
SouffreRéduit fortement la ductilité transversale et les propriétés de résilience. Il affecte la qualité de la surface et la soudabilité. Lorsqu'il est combiné au manganèse pour obtenir des sulfures de manganèse, il améliore la machinabilité.
AluminiumDéoxydant et affineur de grain, il affecte aussi la vitesse de diffusion du zinc dans l'acier.
VanadiumRetarde la croissance de grain et forme des carbonitrures qui augmentent la résistance des aciers HSLA lors du laminage à chaud.
TitaneStabilise la structure et améliore l'efficacité des éléments durcisseurs dans l'acier.

En combinant quelques-uns des éléments précédant, une très grande variété d’aciers peut être créée répondant ainsi à des applications de plus en plus sophistiquées.


Travail à chaud et à froid
L'acier, après son affinage est versé dans des poches où les éléments d'alliage sont ajoutés et même des agents réducteurs. L'acier en fusion peut alors être coulé en lingots dont le poids atteint parfois jusqu'à 18 tonnes. On peut aussi lui donner directement sa forme suivant le procédé de coulée en continue.

On verse l'acier dans des lingotières et on le laisse se solidifier. On enlève ensuite les lingotières et on place les lingots chauds dans des fosses d'égalisation où la température est maintenue à 1200 C durant une période qui peut atteindre 1h30 afin que la température soit maintenue constante. De là les lingots passent au laminoir en vue de la transformation en billettes ou en dalles.

Lorsqu'il est encore chaud, on transforme la pièce aux formes désirées : rond, carré hexagone ou autre. Ces produits laminés appartiennent à la catégorie des aciers laminés à chaud. On peut les reconnaître par les écailles bleuâtres qu'ils portent à la surface extérieure.

Dans la catégorie des aciers laminés à froid ou de l'acier étiré à froid, on a enlevé les écailles dans un bain d'acide et on les fait passer par des rouleaux ou des matrices aux formes et aux dimensions voulues.


Traitement thermique de l'acier
De plus, afin de modifier les propriétés mécaniques et chimiques de l'acier, une grande variété de traitements thermiques peut être exécutée. Voici de brèves explications sur les traitements les plus courants.

Recuit
« Annealing »
Réfère généralement au chauffage et au refroidissement ralenti de matériels solides dans le but de retirer le « stress » raffinant sa structure ou en changeant sa « ductilité », « toughness » et autres propriétés.
Durcissement à l'airProcédé dans lequel l'acier est chauffé à une température de durcissement (hardening temperature) et refroidi à l'air. Seulement les aciers contenants un grand pourcentage de Carbone démontreront une grande augmentation de leur dureté.
« Carburizing »Réfère souvent au « Case Hardening ». Ce procédé consiste à chauffer la base ferreuse à une température sous la température de fusion (melting) dans un matériel contenant du carbone. Le carbone, absorbé par la surface de l'acier le rendera très dûr et résistant (wear resistant).
NormalisationConsiste à chauffer l'acier à une température d’environ 100 F sous la température critique (de déformations) et le refroidir à l'air libre (still air). Il en résultera une structure de grain plus uniforme et une meilleure machinabilité.
Détensionné
« Stress relieving »
Chauffer l'acier sous la température critique de déformation pour éliminer la tension augmentant ainsi la machinabilité, la soudabilité ou le travail à froid.
DurcissementChauffer et « quenching » l'acier pour améliorer sa dureté.
« Drawing back »Rechauffer après un traitement de durcissement sous la température critique pour changer la dureté de l'acier.
Trempe et revenuChauffage de l'acier à une température d'austénisation suivi d'une trempe liquide ou par pulvérisation, ensuite réchauffage à une température appropriée et d'un refroidissement dans un liquide ou dans l'air.


La plupart des aciers indiqueront leur pourcentage de Carbone comme suit :A.I.S.I./S.A.E.

1010 : 0.10 de un pourcent de Carbone
1020 : 0.20 de un pourcent de Carbone
1045 : 0.45 de un pourcent de Carbone


Les classifications
Plusieurs organismes et sociétés ont établi des normes pour classifier les aciers, spécialement les produits suivants :

1) plaques d’acier :A.S.T.M. et A.S.M.E.
2) tôles d’acier :A.I.S.I.
3) acier en barre :S.A.E. et A.I.S.I.
4) acier à charpente et profilé :C.S.A. et A.S.T.M.

Voici les noms complets des abréviations :
A.S.T.M.American society for testing materialwww.astm.org
A.S.M.E.American society of mechanical engineerswww.asme.org
C.S.A.Canadian standards association
A.C.N.O.R.Association canadienne de normalisation
A.I.S.I.
S.A.E.Society of automotive engineers
A.M.S.Aerospace material specification


Les aciers de construction

Les normes A.C.N.O.R. classifient les aciers de construction tels que les tôles fortes, les profilés, les tubes et les barres de la façon suivante :

Type GAcier pour la construction générale
Type WAcier soudable
Type WTAcier soudable à résilience améliorée à basse température
Type RAcier de construction résistant à la corrosion atmosphérique
Type AAcier de construction soudable résistant à la corrosion atmosphérique
Type ATAcier de construction soudable résistant à la corrosion atmosphérique avec des procédés de résilience améliorée à basse température
Type QTôle forte en acier faiblement allié trempée et revenue
Type QTTôle forte en acier faiblement allié trempée et revenue avec des propriétés de résilience améliorée à basse température