Acier au carbone et acier inoxydable

Que signifie réellement "Acier au carbone" ?

Le terme "Acier au carbone" a deux significations : une définition technique et une classification plus générique. La définition technique est très claire : Selon l'American Iron and Steel Institute (AISI), un acier doit répondre aux normes suivantes pour correspondre à la définition technique de l'acier au carbone :

• Aucune teneur minimale n'est spécifiée ou exigée pour le chrome, le cobalt, le columbium [niobium], le molybdène, le nickel, le titane, le tungstène, le vanadium ou le zirconium, ou tout autre élément à ajouter pour obtenir l’effet d'alliage souhaité
• Lorsque le minimum spécifié pour le cuivre ne dépasse pas 0,40 pour cent
• Lorsque la teneur maximale spécifiée pour l'un des éléments suivants ne dépasse pas les pourcentages indiqués : manganèse 1,65, silicium 0,60, cuivre 0,60.
  

La définition technique, bien que complexe, se résume à une contrainte simple : les véritables aciers au carbone ne doivent contenir pratiquement aucun élément d'alliage, ce qui fait qu'ils sont principalement composés de deux matériaux : le fer et le carbone. La quantité de carbone peut varier et certains matériaux d'alliage sont acceptables, mais ces aciers sont simples.

Outre cette définition précise, le terme "acier au carbone" est également utilisé pour désigner le vaste groupe d'aciers alliés qui ne sont pas des aciers inoxydables. Contrairement aux aciers au carbone, les aciers faiblement alliés peuvent contenir de petites quantités d'une grande variété d'éléments d'alliage, ce qui permet de les personnaliser pour une plus grande variété d'applications. Ces aciers, bien qu'ils ne répondent pas aux exigences techniques de l'acier au carbone, représentent la plus grande division de l'acier : l'acier inoxydable contre tout le reste.

Acier au carbone et acier inoxydable (par définition)

Par définition, l'acier au carbone est extrêmement simple. C'est du fer avec un peu de carbone, et des éléments d'alliage limités. En outre, tout acier nécessitant des éléments d'alliage (comme le 4140 et le 4340, par exemple) ne sont pas des aciers au carbone. Dans la définition de l'acier au carbone, on trouve de l'acier à faible teneur en carbone ou de l'acier à forte teneur en carbone. Les aciers à faible teneur en carbone sont extrêmement courants, tandis que les aciers à haute teneur en carbone ne sont utilisés que dans des environnements à haute résistance et non corrosifs. L'acier 1020, un acier à faible teneur en carbone, est l'un des aciers les plus populaires produits aujourd'hui.

Les propriétés mécaniques de l'acier au carbone varient en fonction de sa teneur en carbone. Les aciers à faible teneur en carbone sont plus faibles et plus mous, mais peuvent être facilement usinés et soudés, tandis que les aciers à forte teneur en carbone sont plus résistants, mais nettement plus difficiles à usiner. Tous les aciers au carbone sont susceptibles de rouiller, ce qui les rend impropres à une utilisation dans une grande variété d'applications finales. Dans l'ensemble, l'acier au carbone est excellent si vous recherchez un métal bon marché, mais il est généralement inadapté aux opérations de fabrication de haute qualité ou de haute précision.

Aciers faiblement alliés (parfois appelés aciers au carbone)

Les aciers faiblement alliés comprennent un ou plusieurs éléments d'alliage (comme le chrome, le cobalt, le niobium, le molybdène, le nickel, le titane, le tungstène, le vanadium ou le zirconium) pour améliorer les propriétés du support des aciers au carbone traditionnels. Ils sont souvent plus solides, plus rigides et légèrement plus résistants à la corrosion que les aciers au carbone traditionnels.

Les aciers alliés sont définis par les principaux matériaux d'alliage (en plus du carbone). Le 4140, l'un des aciers alliés les plus courants, est un acier allié au chrome-molybdène. Cela signifie que les principaux éléments d'alliage sont le chrome (qui augmente la résistance à la corrosion) et le molybdène (qui améliore la solidité). Par conséquent, le 4140 est utilisé dans des applications impliquant une forte usure et des températures élevées.

Les aciers alliés font partie des aciers les plus utilisés actuellement dans l'industrie. Ils sont usinables, abordables, facilement disponibles et possèdent de bonnes propriétés mécaniques. Si une pièce n'a pas besoin d'être résistante à la corrosion, les aciers faiblement alliés offrent le meilleur rapport qualité-prix.

Tandis que ses propriétés rendent l'acier allié intéressant dans le cadre de la fabrication de pièces avec des méthodes conventionnelles, elles le rendent moins intéressant dans le cadre de l’impression 3D. Parce qu'il est facile à usiner et à acquérir à bas prix, le coût inhérent plus élevé des pièces en métal rend l'impression 3D économiquement inintéressante. Quelques entreprises d'impression métal proposent des aciers faiblement alliés comme le 4140, mais elles sont globalement rares.

Aciers inoxydables

Tous les aciers inoxydables ont une propriété clé en commun : la excellente résistance à la corrosion, attribuable à leur teneur élevée en chrome (>10,5 % en masse) et à leur faible teneur en carbone (<1,2 % en masse). Au-delà de la résistance à la corrosion, les propriétés mécaniques de ces aciers peuvent considérablement varier.

L’acier inoxydable austénitique est le type d'acier inoxydable le plus courant. Il résiste à la corrosion et peut facilement s’usiner et se souder. Il ne peut, en revanche, pas être traité thermiquement. Les 303 et 304 sont les types d'aciers inoxydables austénitiques les plus courants, et le 316L est une variante offrant une résistance maximale à la corrosion. Ces aciers sont utilisés dans une grande variété d'opérations - parce qu'ils sont résistants aux intempéries, ils fonctionnent à peu près partout. En raison de leur coût plus élevé, l'impression 3D métal peut être une méthode de fabrication viable pour ces pièces.

Les aciers inoxydables martensitiques offrent de meilleures propriétés mécaniques que les aciers austénitiques, mais au prix de la ductilité. Ils n'ont pas la polyvalence générale des aciers austénitiques - toutefois, leur dureté élevée associée à leur résistance à la corrosion bien supérieure à celle des aciers faiblement alliés les rend adaptés à toute pièce à haute résistance se trouvant dans un environnement oxydant. En outre, les aciers martensitiques peuvent être traités thermiquement pour améliorer encore leur dureté, leur résistance et leur rigidité.

Le 17-4 PH est un type d’acier inoxydable martensitique particulièrement utile qui peut être traité thermiquement afin de convenir à une variété de propriétés de matériaux. En raison de sa grande dureté et de sa très faible usinabilité, il est souvent moins cher de l'imprimer en 3D que de l'usiner laborieusement. Si vous souhaitez en savoir plus sur l'impression 3D de pièces métalliques, consultez le site Markforged Metal X.

Acier au carbone ou acier inoxydable : Verdict final

Le débat entre l'acier au carbone et l'acier inoxydable est un peu plus compliqué qu'on ne le pensait au départ, car l'acier au carbone peut désigner deux types d'acier différents : l'acier au carbone traditionnel et l'acier faiblement allié.

Par rapport à l'acier à faible teneur en carbone, l'acier inoxydable offre une solidité, une dureté et, surtout, une résistance à la corrosion améliorées. L'acier à haute teneur en carbone offre une résistance similaire, voire supérieure, à celle de l'acier inoxydable, mais il s'agit d'un matériau de niche dans le monde de la fabrication. Contrairement à tout acier au carbone, l'acier inoxydable peut survivre et prospérer, sans oxydation, dans des environnements corrosifs ou humides. Cela dit, l'acier au carbone est beaucoup moins cher que l'acier inoxydable et convient mieux aux grands composants structurels, comme les tubes, les poutres et les tôles laminées.

L'acier faiblement allié est préférable à l'acier au carbone dans la plupart des cas, mais il manque encore de résistance à la corrosion. Il peut effectivement égaler les propriétés matérielles de l'acier inoxydable. C'est pourquoi des alliages comme le 4140 et le 4340 sont souvent usinés et utilisés dans de nombreuses applications pour lesquelles un peu d'oxydation ne fait pas de mal. L'acier inoxydable est un matériau de qualité supérieure, plutôt utilisé dans les opérations industrielles, pour lesquelles la qualité des pièces est primordiale.