L'acier au carbone est un alliage fer-carbone, qui contient jusqu'à 2,1% en poids de carbone.Le manganèse maximumLa teneur en silicium et en cuivre doit être inférieure à 1,65%, 0,6% et 0,6% respectivement.
Types d'acier au carbone et leurs propriétés
L'acier au carbone peut être classé en trois catégories selon sa teneur en carbone: acier à faible teneur en carbone (ou acier à faible teneur en carbone), acier à teneur moyenne en carbone et acier à haute teneur en carbone [1].La microstructure et les propriétés sont comparées comme suit::
Acier à faible teneur en carbone
L'acier à faible teneur en carbone est la forme d'acier au carbone la plus utilisée.Ils ne peuvent pas être durcis par traitement thermique (pour former de la martensite), ce qui est généralement réalisé par travail à froid..
Les aciers au carbone sont généralement relativement doux et de faible résistance.
Les aciers à haute résistance et à faible alliage (HSLA) sont également souvent classés comme aciers à faible teneur en carbone, mais contiennent également d'autres éléments tels que le cuivre, le nickel, le vanadium et le molybdène.elles contiennent jusqu'à 10 wtLes aciers à haute résistance et à faible alliage, comme leur nom l'indique, ont des résistances plus élevées, ce qui est obtenu par traitement thermique.en les rendant faciles à former et à usinerLe HSLA est plus résistant à la corrosion que les aciers simples à faible teneur en carbone.
Acier à carbone moyen
L'acier à carbone moyen a une teneur en carbone de 0,25 ∼ 0,60 wt.% et une teneur en manganèse de 0,60 ∼ 1,65 wt.%.Les propriétés mécaniques de cet acier sont améliorées par un traitement thermique impliquant l'auténitisation suivie d'un étanchement et d'un trempage., leur donnant une microstructure martensitique.
Le traitement thermique ne peut être effectué que sur des sections très fines, cependant, des éléments d'alliage supplémentaires, tels que le chrome, le molybdène et le nickel,peuvent être ajoutés pour améliorer la capacité des aciers à être traités thermiquement et, donc, durci.
Les aciers à carbone moyen durcis ont une résistance supérieure à celle des aciers à faible teneur en carbone, mais cela se fait au détriment de la ductilité et de la ténacité.
Acier à haute teneur en carbone
Les aciers à haute teneur en carbone ont une teneur en carbone de 0,60 à 1,25% en poids et une teneur en manganèse de 0,30 à 0,90%.Les aciers à haute teneur en carbone sont très résistants à l'usure en raison du fait qu'ils sont presque toujours durcis et trempés.
Les aciers à outils et les aciers à matrices sont des types d'aciers à haute teneur en carbone, qui contiennent des éléments d'alliage supplémentaires, notamment du chrome, du vanadium, du molybdène et du tungstène.L'ajout de ces éléments donne l'acier très résistant à l'usure, qui résulte de la formation de composés de carbure tels que le carbure de tungstène (WC).
L'acier au carbone peut être fabriqué à partir d'acier recyclé, d'acier vierge ou d'une combinaison des deux.
L'acier vierge est fabriqué en combinant du minerai de fer, du coke (produit en chauffant du charbon en l'absence d'air) et de la chaux dans un haut four à environ 1650 °C.Le fer fondu extrait du minerai de fer est enrichi de carbone provenant du coke brûléLes impuretés restantes se combinent avec la chaux pour former des scories, qui flottent sur le métal fondu où elles peuvent être extraites.
L'acier fondu résultant contient environ 4% en poids de carbone. Cette teneur en carbone est ensuite réduite à la quantité souhaitée dans un processus appelé décarbonisation.Ceci est réalisé en faisant passer l'oxygène à travers la fonte, qui oxyde le carbone dans l'acier, produisant du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone.
Exemples et applications
Les aciers à faible teneur en carbone sont souvent utilisés dans les composants de la carrosserie des automobiles, les formes structurelles ( poutres I, canal et fer d'angle), les tuyaux, les composants de construction et de pont, et les canettes alimentaires.
En raison de leur résistance élevée, de leur résistance à l'usure et de leur ténacité, les aciers à carbone moyen sont souvent utilisés pour les voies ferrées, les roues des trains, les vilebrequins,et engrenages et pièces de machines nécessitant cette combinaison de propriétés.
En raison de leur haute résistance à l'usure et de leur dureté, les aciers à haute teneur en carbone sont utilisés dans les outils de coupe, les ressorts de fil de haute résistance et les matrices.
Des exemples, des propriétés et des applications des différents aciers au carbone sont comparés dans le tableau suivant.
