L'acier

L’acier : un alliage de fer et de carbone

L’acier est l’un des matériaux les plus employés dans le monde moderne.

On le retrouve aussi bien dans les bâtiments que dans les outils. 

Cette omniprésence s’explique par un ensemble de qualités rares : il est solide, résistant, modulable, durable et relativement simple à produire.

L’acier est un alliage, c’est-à-dire une combinaison de plusieurs éléments.

Les deux composants les plus importants sont le fer et le carbone. 

Le fer est très abondant dans la croûte terrestre, mais il se présente sous forme d’oxydes qu’il faut purifier pour le rendre exploitable. 

Quant au carbone, on peut l’ajouter sous différentes formes pour modifier les propriétés du métal.

Lorsque ces deux éléments sont réunis, même en très faibles proportions, ils modifient profondément la structure interne du fer.

Le carbone, cœur du métal 

Quels sont les différents types de fer selon la teneur en carbone ?

La quantité de carbone contenue dans le fer détermine entièrement sa nature et son comportement.

• Si le fer ne contient pratiquement pas de carbone, on parle de fer pur.
• Si la teneur varie approximativement entre 0,1 % et 2 %, on obtient de l’acier.
• Au-delà de 2 %, le métal devient de la fonte, plus cassante et moins déformable.

Cette classification simple permet de comprendre pourquoi chaque type de métal s’utilise différemment.

Le fer pur est malléable mais peu solide, l’acier offre un compromis idéal entre dureté et élasticité, tandis que la fonte est appréciée pour sa résistance à la compression mais se révèle fragile aux chocs.

Qu’est-ce qu’un acier non allié ?

Les aciers non alliés ne contiennent que du fer et du carbone, sans ajout volontaire d’autres éléments.

Cette famille d’aciers est très vaste, car une variation infime de carbone suffit à produire un matériau nouveau.

• Les aciers extra doux, très pauvres en carbone, sont faciles à travailler, à souder et à façonner. Ils servent notamment pour les tôles, les pièces pliées ou les éléments décoratifs.
• Les aciers plus riches en carbone deviennent plus durs et plus résistants. Ils peuvent être trempés, c’est-à-dire chauffés puis refroidis rapidement, pour augmenter encore leur dureté.

Ces aciers représentent la base de nombreux métiers : ferronnerie, construction, outillage simple, mécanique générale ou artisanat traditionnel.

Qu’est-ce qu’un acier allié ?

Dans certains cas, on enrichit volontairement l’acier avec d’autres éléments.

Ces ajouts, même en très petites quantités, changent profondément ses propriétés.

• Le chrome permet d’obtenir des aciers inoxydables qui résistent à l’oxydation.
• Le nickel améliore la robustesse et la capacité à supporter de basses températures.
• Le molybdène, le vanadium, le tungstène ou le cobalt augmentent la résistance, la dureté ou la tenue à chaud.

Grâce à ces éléments additionnels, il existe une multitude d’aciers spécialisés adaptés à des usages très précis, de l’aéronautique à la coutellerie, en passant par les ressorts, les outils de coupe ou les pièces de moteur.

Quelles sont les utilisations et les avantages de l’acier ?

L’acier est utilisé dans d’innombrables domaines.

On le trouve dans les charpentes de bâtiments, les ponts, les rails, les pièces mécaniques, les couteaux, les ressorts, les engrenages, les ustensiles de cuisine, les sculptures ou encore les instruments scientifiques.

Ses avantages sont multiples.

• Il peut être ajusté pour être très dur ou plus élastique selon sa composition.
• Il résiste parfaitement à la traction, à la compression et à la flexion.
• Il peut être forgé, laminé, étiré, chauffé ou façonné à froid.
• Il conserve sa forme et reprend sa position d’origine même sous des efforts importants.
• Il est recyclable indéfiniment sans perte notable de qualité, ce qui en fait un matériau essentiel dans une démarche écologique.

Acier : les fers marchands

Qu’appelle-t-on des fers marchands ?

Les fers marchands désignent les aciers produits industriellement en grande quantité dans des aciéries ou des laminoirs.
Ce sont des matériaux standardisés, conçus pour répondre aux besoins les plus courants de la fabrication moderne.

• Leur composition chimique et leurs formes sont normalisées, ce qui facilite leur utilisation dans l’industrie.
• Dans les secteurs exigeants comme l’automobile, l’aéronautique ou la construction mécanique, cette composition joue un rôle essentiel, car elle détermine la résistance, la ductilité ou la capacité de traitement thermique.
• Pour l’artisanat, en revanche, la composition est souvent moins critique : par exemple, un acier XC 48 contient environ 0,48 % de carbone, quelques impuretés naturelles, et tout le reste est du fer.

Cela suffit largement pour fabriquer des outils simples ou des pièces mécaniques courantes.

Pourquoi un même acier peut-il porter plusieurs désignations ?

 Un même acier peut porter plusieurs noms selon les systèmes de normes utilisés.
Ainsi, un acier de type C45 peut également être désigné C45U ou encore 1045 selon qu’on utilise une norme française, européenne, allemande ou américaine.
Les fournisseurs doivent donc jongler avec ces différentes conventions, ce qui explique pourquoi le même matériau peut sembler porter plusieurs identités.

Quelles sont les caractéristiques principales des fers marchands ?

 Les aciers proposés par les fournisseurs se distinguent principalement par :

• Les formes disponibles : plaques, barres circulaires, barres rectangulaires, et plus rarement barres octogonales ou spéciales.
• Les dimensions : les barres existent dans de nombreux diamètres ou sections, vendues à la coupe ou en longueurs industrielles standard d’environ 6 mètres.
• L’état de surface : certains aciers sont livrés recouverts d’une légère oxydation volontaire, destinée à protéger contre la corrosion ; d’autres sont bruts de laminage mais nettoyés ; d’autres encore sont revêtus d’une couche protectrice, comme du zinc ou de l’étain.

Même si, en théorie, des millions de compositions et de formes pourraient exister, les fournisseurs proposent surtout les produits les plus courants, ceux utilisés par la majorité des secteurs techniques.

Que sont les fers marchands miniatures ?

Lorsqu’on travaille à petite échelle, les choses se compliquent.
Pour les dimensions miniatures, il devient très difficile de trouver exactement ce que l’on cherche: les diamètres trop petits, les sections trop fines ou les plaques très minces ne sont souvent pas disponibles en standard.
Les industriels eux-mêmes doivent parfois commander des productions spéciales pour obtenir certaines petites dimensions.
Cela démontre à quel point les fournisseurs se concentrent sur les formats les plus rentables, au détriment des tailles atypiques.

Quelle est la solution artisanale face aux limites du commerce ?

 Dans un atelier travaillant les objets miniatures, la solution la plus fiable consiste à fabriquer soi-même ses barres et ses plaques à partir de matériaux standards.
Nous transformons donc des barres d’acier classiques parmi les plus accessibles pour obtenir des pièces parfaitement adaptées à nos besoins.
Cela permet d’ajuster l’épaisseur, la largeur, la longueur et même la qualité de surface en fonction des exigences du projet.
Par exemple, il nous arrive fréquemment de créer une barre miniature avant même de commencer la fabrication des objets en acier : cela prépare une matière première homogène, que l’on pourra ensuite usiner ou forger avec précision.

Pourquoi les fers marchands posent-ils problème à l’échelle miniature ?

 Obtenir des barres miniatures nécessite souvent de partir de très petites pièces de métal, proportionnées aux objets que l’on souhaite réaliser.
L’une des méthodes les plus simples et les plus contrôlables consiste à les forger soi-même.
En martelant un morceau d’acier, de cuivre ou d’un autre métal adapté, on peut progressivement :
    • réduire sa section,
    • allonger la matière,
    • rectifier la forme,
    • ajuster les dimensions au dixième de millimètre si nécessaire.
Cette approche donne une grande liberté de création et permet d’obtenir des matériaux introuvables dans le commerce, parfaitement adaptés à la fabrication de pièces miniatures ou de mécanismes complexes.