L'acier

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

Il est présent aussi bien dans les bâtiments que dans les outils.

Cette omniprésence s’explique par plusieurs qualités importantes.

L’acier est solide, résistant, modulable, durable et relativement simple à produire.

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

Les deux composants principaux sont le fer et le carbone.

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

Le carbone peut être ajouté sous différentes formes afin de modifier les propriétés du métal.

Même en très faibles proportions, l’association du fer et du carbone modifie profondément la structure interne du matériau.

Un métal est un matériau dont les atomes sont organisés de manière régulière dans l’espace.

Cette organisation forme un réseau cristallin.

Il existe plusieurs structures cristallines possibles, qui influencent les propriétés mécaniques des métaux.

L’acier, par exemple, peut présenter différentes structures selon les conditions dans lesquelles il est transformé.

L’étude des métaux à l’échelle atomique est aujourd’hui une discipline scientifique complexe qui permet de comprendre les transformations du matériau.

Cependant, pendant de nombreux siècles, les techniques de travail des métaux se sont développées sans la connaissance de ces structures.

Pour cette raison, ces aspects ne sont pas abordés en détail.

Les métaux possèdent plusieurs caractéristiques physiques communes dont :

La couleur

La plupart des métaux possèdent une couleur allant du blanc au gris foncé, voire presque noir.

C’est le cas du fer, de l’argent, de l’aluminium, du mercure ou du titane.

Il existe cependant des exceptions, comme le cuivre et l’or, qui possèdent des couleurs distinctes.

Le bronze et le laiton possèdent également des couleurs différentes.

Cela s’explique par le fait qu’ils ne sont pas des métaux purs mais des alliages.

Le bronze est un mélange de cuivre et d’étain.

Le laiton est un mélange de cuivre et de zinc.

L’acier est un mélange de fer et de carbone.

Le carbone n’est pas un métal.

L’état solide

À température ambiante, environ vingt degrés Celsius, la majorité des métaux se trouvent à l’état solide.

Le mercure constitue une exception car il est liquide à cette température.

La conductivité électrique

La conductivité électrique correspond à la capacité d’un matériau à laisser passer le courant électrique.

Les métaux possèdent généralement une bonne conductivité électrique.

La quantité de carbone présente dans le fer détermine les propriétés du matériau.

Lorsque le fer contient très peu de carbone, on parle de fer pur.

Lorsque la teneur en carbone se situe approximativement entre 0,1 pour cent et 2 pour cent, le matériau est appelé acier.

Au delà d’environ 2 pour cent de carbone, le matériau devient de la fonte. Celle ci est plus cassante et moins déformable.

Les aciers non alliés sont constitués principalement de fer et de carbone, sans ajout volontaire d’autres éléments.

Une très faible variation de la teneur en carbone peut produire un matériau aux propriétés différentes.

Les aciers très pauvres en carbone sont faciles à travailler, à souder et à façonner. Ils sont souvent utilisés pour les tôles ou les pièces pliées.

Les aciers plus riches en carbone deviennent plus durs et plus résistants.

Ils peuvent être trempés afin d’augmenter leur dureté.

Ces aciers constituent la base de nombreux métiers comme la ferronnerie, la construction ou la fabrication d’outils simples.

Dans certains cas, l’acier est volontairement enrichi avec d’autres éléments chimiques.

Le chrome permet de produire des aciers inoxydables résistants à la corrosion.

Le nickel améliore la résistance mécanique et la tenue aux basses températures.

Le molybdène, le vanadium, le tungstène ou le cobalt peuvent augmenter la dureté, la résistance ou la stabilité à haute température.

Ces éléments permettent de créer une grande variété d’aciers spécialisés utilisés dans des domaines techniques très variés.

La distinction entre aciers alliés et non alliés constitue une simplification.

En réalité, d’autres éléments peuvent être présents naturellement dans le minerai de fer.

Certains éléments apparaissent également lors des différentes étapes de transformation du minerai en acier.

L’acier est utilisé dans un très grand nombre de domaines.

Il est présent dans les structures de bâtiments, les ponts, les rails de chemin de fer, les pièces mécaniques, les couteaux, les ressorts, les engrenages, les ustensiles de cuisine, les sculptures ou les instruments scientifiques.

Ses avantages sont nombreux.

Il peut être rendu très dur ou plus souple selon sa composition.

Il résiste bien à la traction, à la compression et à la flexion.

Il peut être forgé, laminé, étiré ou façonné à chaud comme à froid.

Il conserve sa forme et peut retrouver sa position initiale après certaines déformations.

Il est également recyclable sans perte importante de qualité.

Les fers marchands désignent les aciers produits industriellement en grande quantité dans les aciéries et les laminoirs.

Ces matériaux sont standardisés afin de répondre aux besoins les plus courants de l’industrie.

Leur composition chimique et leurs formes sont normalisées, ce qui facilite leur utilisation.

Dans les secteurs techniques exigeants comme l’automobile ou l’aéronautique, la composition exacte joue un rôle important car elle détermine les propriétés mécaniques et les possibilités de traitement thermique.

Dans l’artisanat, la composition peut être moins critique. Par exemple, un acier XC48 contient environ 0,48 pour cent de carbone ainsi que quelques impuretés naturelles. Cela peut être suffisant pour fabriquer des outils simples ou des pièces mécaniques courantes.

Un même acier peut posséder plusieurs noms selon les systèmes de normes utilisés.

Un acier de type C45 peut aussi être appelé C45U ou 1045 selon les normes françaises, européennes, allemandes ou américaines.

Les aciers proposés par les fournisseurs se distinguent principalement par leurs formes, leurs dimensions et leur état de surface.

Les formes disponibles comprennent des plaques, des barres circulaires ou des barres rectangulaires.

Les barres existent dans de nombreux diamètres ou sections et sont souvent vendues en longueurs industrielles standard d’environ six mètres.

L’état de surface peut varier.

Certains aciers sont livrés avec une légère oxydation destinée à les protéger.

D’autres sont bruts de laminage ou recouverts d’une couche protectrice.

Lorsque le travail se fait à petite échelle, il devient difficile de trouver des matériaux aux dimensions adaptées.

Les diamètres très petits, les sections très fines ou les plaques extrêmement minces sont rarement disponibles dans le commerce.

Les industriels doivent parfois eux mêmes commander des productions spéciales pour obtenir certaines dimensions.

Dans un atelier travaillant à l’échelle miniature, une solution consiste à fabriquer ses propres barres ou plaques à partir de matériaux standards.

Les barres d’acier courantes peuvent être transformées afin d’obtenir des dimensions adaptées aux besoins de l’atelier.

Cela permet d’ajuster l’épaisseur, la largeur, la longueur et la qualité de surface selon le projet.

Il arrive ainsi qu’une barre miniature soit fabriquée avant même de commencer la réalisation d’un objet.

Obtenir des barres miniatures nécessite souvent de partir de petites pièces de métal.

Une méthode simple consiste à forger directement la matière.

En martelant un morceau d’acier, de cuivre ou d’un autre métal adapté, il est possible de réduire la section, d’allonger la matière, de rectifier la forme et d’ajuster les dimensions avec précision.

Cette méthode offre une grande liberté et permet d’obtenir des matériaux qui ne sont pas disponibles dans le commerce, particulièrement adaptés à la fabrication de pièces miniatures ou de mécanismes complexes.