Les propriétés mécaniques des composants en acier moulé — leur résistance, leur ténacité et leur résistance à l'usure — sont fondamentalement déterminées par de subtiles variations de composition chimique. Pour les acheteurs et les fabricants d'acier, un contrôle précis de la teneur en éléments clés, notamment le carbone (C), le silicium (Si), le manganèse (Mn), le soufre (S), le phosphore (P), le chrome (Cr), le molybdène (Mo) et le nickel (Ni), représente la voie critique vers des performances améliorées.
En tant qu'agent de durcissement principal de l'acier, le carbone augmente considérablement la dureté et la résistance à l'usure. Cependant, cet avantage a des contreparties : une teneur élevée en carbone réduit considérablement la soudabilité (nécessitant souvent des métaux d'apport à faible teneur en carbone) et diminue la plasticité, augmentant la susceptibilité à la fracture fragile. Les niveaux de carbone optimaux doivent équilibrer les exigences de dureté par rapport aux besoins de soudage et à la résistance aux chocs.
Le silicium reflète les effets de durcissement du carbone tout en réduisant de manière similaire la plasticité. Une teneur excessive en silicium favorise la formation de fissures, nécessitant un contrôle de dosage prudent. Sa valeur principale réside dans la désoxydation lors de la production d'acier, avec des effets de durcissement secondaires.
Le manganèse remplit plusieurs fonctions bénéfiques : augmentation de la résistance à la traction, neutralisation des effets néfastes du soufre, amélioration de la trempabilité lors du traitement thermique et amélioration de la résistance à l'usure. Cependant, une teneur élevée en manganèse diminue la soudabilité et la conductivité thermique, favorisant potentiellement la formation de fissures.
Ces deux éléments ont un impact négatif sur la qualité de l'acier. Le soufre induit la fragilité à chaud (fragilisation lors du traitement à haute température), tandis que le phosphore réduit la ténacité, en particulier à basse température. La sidérurgie moderne limite généralement les deux à <0,04 %.
Le chrome augmente la trempabilité et améliore considérablement la résistance à l'usure. À des concentrations suffisantes (généralement >10,5 %), il permet la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable grâce à la formation d'une couche d'oxyde passive. Le compromis implique une réduction de la plasticité à des niveaux de chrome plus élevés.
Cet élément d'alliage puissant améliore la trempabilité tout en réduisant la fragilité de trempe. Le molybdène bénéficie particulièrement des applications à haute température en augmentant la résistance au fluage et améliore les caractéristiques d'usure de surface dans les alliages spécialisés.
Le nickel améliore de manière unique la résistance et la ténacité tout en augmentant la trempabilité. Il améliore la résistance à la corrosion et agit en synergie avec d'autres éléments d'alliage. Cependant, son coût matériel élevé augmente considérablement le prix des composants.
| Élément | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Carbone (C) | Augmente la dureté et la résistance à l'usure | Réduit la soudabilité et la ténacité |
| Silicium (Si) | Améliore la dureté et la désoxydation | Diminue la plasticité |
| Manganèse (Mn) | Améliore la résistance, neutralise le soufre, améliore la trempabilité | Réduit la soudabilité et la conductivité thermique |
| Soufre (S) | Améliore l'usinabilité (en quantités contrôlées) | Provoque la fragilité à chaud et la fragilisation |
| Phosphore (P) | Renforce contre la corrosion atmosphérique | Réduit la ténacité, surtout à basse température |
| Chrome (Cr) | Augmente la résistance à l'usure/corrosion et la trempabilité | Diminue la plasticité à fortes concentrations |
| Molybdène (Mo) | Améliore la résistance à haute température et la trempabilité | Augmente considérablement le coût des matériaux |
| Nickel (Ni) | Améliore la ténacité, la résistance et la résistance à la corrosion | Coût des matériaux très élevé |
