Qu’est-ce que la ferrite – Définition

La ferrite ou α-ferrite est une phase de structure cubique centrée du fer qui existe en dessous de températures de 912 ° C pour de faibles concentrations de carbone dans le fer. L’α-ferrite ne peut dissoudre que jusqu’à 0,02 % de carbone à 727 °C. Cela est dû à la configuration du réseau de fer qui forme une structure cristalline BCC. Dans un arrangement d’atomes bcc (BCC), la cellule unitaire se compose de huit atomes aux coins d’un cube et d’un atome au centre du corps du cube. Dans un arrangement bcc, une cellule unitaire contient (8 atomes de coin × ⅛) + (1 atome central × 1) = 2 atomes. Le garnissage est plus efficace (68%) que le simple cubique et la structure est courante pour les métaux alcalins et les métaux de transition précoce.

La phase primaire de l’ acier à faible teneur en carbone ou doux et de la plupart des fontes à température ambiante est ferromagnétique α-Fe. Il a une dureté d’environ 80 Brinell. L’acier doux (acier au carbone contenant jusqu’à environ 0,2 % en poids de C) se compose principalement d’α-Fe et de quantités croissantes de cémentite (Fe₃C, un carbure de fer). Le mélange adopte une structure laminaire appelée perlite. Étant donné que la bainite et la perlite contiennent chacune du α-Fe en tant que composant, tout alliage fer-carbone contiendra une certaine quantité de α-Fe s’il est autorisé à atteindre l’équilibre à température ambiante. La quantité de α-Fe dépend du processus de refroidissement.

δ-ferrite

La phase δ-ferrite a une structure similaire, une structure cristalline cubique centrée (BCC), à celle de l’α-ferrite mais n’existe qu’à des températures élevées. La phase peut être repérée dans le coin supérieur gauche du graphique. Il a un point de fusion de 1538 °C.

Acier à faible teneur en carbone

L’ acier à faible teneur en carbone, également connu sous le nom d’acier doux, est désormais la forme d’ acier la plus courante car son prix est relativement bas alors qu’il offre des propriétés matérielles acceptables pour de nombreuses applications. L’acier à faible teneur en carbone contient environ 0,05 à 0,25 % de carbone, ce qui le rend malléable et ductile. L’acier doux a une résistance à la traction relativement faible, mais il est bon marché et facile à former. la dureté de surface peut être augmentée par carburation.

Les applications typiques incluent les composants de carrosserie automobile, les formes structurelles (par exemple, les poutres en I, les profilés en U et les cornières) et les tôles utilisées dans les pipelines, les bâtiments. Par exemple, l’acier A36 est un acier de construction courant aux États-Unis. Les tôles d’acier à faible teneur en carbone utilisées pour les applications de carrosserie automobile, par exemple, sont soumises à une variété d’opérations de formage, y compris l’emboutissage profond. Les microstructures sont constituées de ferrite et de perlite. En conséquence, ces alliages sont relativement mous et faibles mais ont une ductilité et une ténacité exceptionnelles. De plus, ils sont usinables, soudables et, de tous les aciers, sont les moins chers à produire. La densité de ce métal est de 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³) et la résistance à la traction est au maximum de 500 MPa (72500 psi).

Acier inoxydable ferritique

Dans les aciers inoxydables ferritiques, le carbone est maintenu à des niveaux faibles (C<0,08 %) et la teneur en chrome peut varier de 10,50 à 30,00 %. Ils sont appelés alliages ferritiques car ils contiennent principalement des microstructures ferritiques à toutes les températures et ne peuvent pas être durcis par traitement thermique et trempe. Ils sont classés avec les désignations de la série AISI 400. Alors que certaines nuances ferritiques contiennent du molybdène (jusqu’à 4,00%), seul le chrome est présent comme principal élément d’alliage métallique. Leur utilisation est généralement limitée à des sections relativement minces en raison du manque de ténacité des soudures. De plus, ils ont une résistance à haute température relativement faible. Les aciers ferritiques sont choisis pour leur résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte, ce qui en fait une alternative attrayante aux aciers inoxydables austénitiques dans les applications où le SCC induit par les chlorures est répandu.

Autres phases courantes dans les aciers et les fers

Le traitement thermique des aciers nécessite une compréhension à la fois des phases d’équilibre et des phases métastables qui se produisent lors du chauffage et/ou du refroidissement. Pour les aciers, les phases d’équilibre stable comprennent:

• Ferrite. La ferrite ou α-ferrite est une phase de structure cubique centrée du fer qui existe en dessous de températures de 912 °C pour de faibles concentrations de carbone dans le fer. L’α-ferrite ne peut dissoudre que jusqu’à 0,02 % de carbone à 727 °C. Cela est dû à la configuration du réseau de fer qui forme une structure cristalline BCC. La phase primaire de l’acier à faible teneur en carbone ou doux et de la plupart des fontes à température ambiante est ferromagnétique α-Fe.
• Austénite. L’austénite, également connue sous le nom de fer en phase gamma (γ-Fe), est une phase de fer à structure cubique à faces centrées non magnétique. L’austénite dans les alliages fer-carbone n’est généralement présente qu’au-dessus de la température eutectoïde critique (723 °C) et en dessous de 1500 °C, selon la teneur en carbone. Cependant, il peut être conservé à température ambiante par des ajouts d’alliages tels que le nickel ou le manganèse. Le carbone joue un rôle important dans le traitement thermique, car il élargit la plage de température de stabilité de l’austénite. Une teneur en carbone plus élevée abaisse la température nécessaire pour austénitiser l’acier, de sorte que les atomes de fer se réarrangent pour former une structure de réseau fcc. L’austénite est présente dans le type d’acier inoxydable le plus couramment utilisé, qui est très connu pour sa résistance à la corrosion.
• Graphite. L’ajout d’une petite quantité de carbone non métallique au fer échange sa grande ductilité contre une plus grande résistance.
• Cémentite. La cémentite (Fe₃C) est un composé métastable et, dans certaines circonstances, on peut la dissocier ou la décomposer pour former de l’α-ferrite et du graphite, selon la réaction: Fe₃C → 3Fe (α) + C (graphite). La cémentite dans sa forme pure est une céramique et elle est dure et cassante, ce qui la rend appropriée pour le renforcement des aciers. Ses propriétés mécaniques sont fonction de sa microstructure, qui dépend de la manière dont il est mélangé à la ferrite.

Les phases métastables sont:

• Perlite. En métallurgie, la perlite est une structure métallique en couches de deux phases, qui se compose de couches alternées de ferrite (87,5 % en poids) et de cémentite (12,5 % en poids) que l’on trouve dans certains aciers et fontes. Il est nommé pour sa ressemblance avec la nacre.
• Martensite. La martensite est une structure métastable très dure avec une structure cristalline tétragonale centrée sur le corps (BCT). La martensite se forme dans les aciers lorsque la vitesse de refroidissement de l’austénite est si élevée que les atomes de carbone n’ont pas le temps de se diffuser hors de la structure cristalline en quantité suffisante pour former de la cémentite (Fe₃C).
• Baïnite. La bainite est une microstructure en forme de plaque qui se forme dans les aciers à partir d’austénite lorsque les vitesses de refroidissement ne sont pas
  assez rapides pour produire de la martensite mais sont encore assez rapides pour que le carbone n’ait pas assez de temps pour se diffuser pour former de la perlite. Les aciers bainitiques sont généralement plus résistants et plus durs que les aciers perlitiques; pourtant, ils présentent une combinaison souhaitable de résistance et de ductilité.

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Voir ci-dessus:
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