Existe-t-il des «aciers non ferreux»?

Il existe de nombreux alliages d'acier, contenant principalement du fer, du carbone et d'autres métaux. D'une manière générale, nous pouvons les considérer comme s'il s'agissait d'un type d'acier.

Ma question est: existe-t-il des "aciers non ferreux"? Je pense aux métaux purs et non ferreux, contenant un peu de carbone, tout comme on l'ajoute au fer pour le transformer en acier. Ou, d'une autre manière, y a-t-il d'autres métaux que le fer dopés au carbone pour former un alliage comme l'acier?

En général, comment l'addition de carbone affecte-t-elle les propriétés de ces métaux?

Le fer et le carbone ont une interaction qui les rend différents de la plupart des alliages d'ingénierie. Cela concerne à la fois la taille relative des atomes de C et de Fe et leur chimie.

Les atomes de carbone sont juste de la bonne taille pour s'insérer dans le réseau cristallin du fer, ce qui tend le réseau suffisamment pour qu'il soit un peu plus dur et plus fort que le fer pur. Cependant, la partie vraiment importante est que la présence de carbone permet à l'acier d'être traité thermiquement. Ici, il est chauffé au-dessus d'une température critique à laquelle la structure cristalline change et s'il est refroidi rapidement, la teneur en carbone l'empêche de revenir à sa structure `` normale '' à température ambiante et forme à la place une structure polyphasique fortement sollicitée mais chimiquement stable et en tant que tel est très dur avec une résistance à la traction élevée. Cela peut être encore modifié par un réchauffage contrôlé pour inverser partiellement cette transformation et produire un matériau avec une dureté et une ténacité contrôlables.

Notez que ce qui précède est un aperçu rapide et il existe des livres entiers sur le comportement détaillé des aciers car le système fer-carbone peut exister dans plusieurs états différents avec des structures cristallines différentes et diverses combinaisons micro-structurelles d'entre eux.

Ce type de traitement thermique est à peu près unique à l'acier et certainement très différent de la façon dont la plupart des alliages se comportent et est le résultat de l'interaction spécifique entre le fer et le carbone et dépend du fait que le fer peut exister à la fois centré sur le corps et centré sur la face cristaux cubiques.

Il est également atteint par de très faibles concentrations de carbone, généralement inférieures à 1,2% environ. En fait, seulement environ 0,7% de carbone en masse est soluble dans le fer et tout excédent aura tendance à former des carbures ou à précipiter sous forme de graphite (comme dans la fonte).

Il existe divers carbures métalliques utilisés (tels que le carbure de tungstène), mais ce sont vraiment des céramiques plutôt que des alliages en solution solide.

Il existe également au moins un type d'acier inoxydable (H1) qui est durci par précipitation et contient de l'azote au lieu du carbone. Il s'agit d'un mécanisme de durcissement différent de celui de l'acier au carbone. L'élimination du carbone a pour but d'améliorer la résistance à la corrosion, en particulier dans l'eau salée. Je n'ai jamais rencontré que c'est une lame en acier dans des couteaux. Il existe également des aciers inoxydables à faible teneur en carbone, mais ceux-ci ne sont pas durcissables par traitement thermique et sont conçus pour une soudabilité améliorée.

L'acier est défini comme un alliage de fer et de carbone; il n'y a rien de tel qu'un acier non ferreux. Si vous alliez un autre métal avec du carbone, il devient autre chose que de l'acier. Chercher un acier sans fer serait comme chercher du laiton ou du bronze sans cuivre. Vous pouvez allier des objets autres que le cuivre avec du zinc, de l'étain ou de l'aluminium, mais il ne s'agit pas de laiton ou de bronze.

En ce qui concerne les autres alliages qui contiennent du carbone, cet article Wikipedia a une bonne liste de différents types d'alliages (comme vous pouvez le voir, il y en a beaucoup), et en le parcourant, vous verrez qu'il n'y a pas de beaucoup d'autres choses qui sont alliées au carbone en plus du fer. Quant à savoir pourquoi c'est, je n'ai pas une bonne réponse.

Résumé: Le système Fe-C, et donc l'acier, est unique en raison d'une transformation eutectoïde d'une phase à haute solubilité à une phase à faible solubilité qui permet une grande variété de microstructures et de propriétés qui sont hautement et relativement facilement accordables. Les autres métaux de transition de première rangée ont un comportement différent et moins exploitable lorsqu'ils sont alliés au carbone.

Fe-C est le seul système de transition métal-carbone de première rangée qui a une transformation eutectoïde dans son diagramme de phases. La transformation eutectoïde change l'austénite en ferrite et cémentite lors du refroidissement. L'austénite a une solubilité élevée en carbone et la ferrite a une faible solubilité en carbone. Je choisis des métaux de transition de première rangée car ils ont tendance à avoir un comportement chimique "proche" de celui de l'acier, avec un coût, une densité et d'autres propriétés "évidentes" similaires (à l'exception du scandium, qui est extrêmement rare et coûteux) , et l'examen de tous les 70+ métaux est une bonne quantité de travail pour cette réponse.

La nature de la transformation eutectoïde permet de nombreuses microstructures et donc un haut degré de propriétés accordables. Considérons un acier eutectoïde austénitisé et refroidi à des vitesses variables:

• Si elle est refroidie lentement, une microstructure de perlite modérément ductile et modérément forte se forme. La perlite résulte d'un processus coopératif de nullation et de croissance lorsque le carbone quitte l'austénite lors de sa transformation en ferrite, formant des lamelles alternées de ferrite et de cémentite.
• Si elle est refroidie assez rapidement puis maintenue isotherme pendant un certain temps, une microstructure de bainite beaucoup plus dure se forme. La cinétique de formation de la bainite n'est pas bien comprise, mais la microstructure est un arrangement moins organisé de cémentite et de ferrite, résultant à nouveau du carbone sortant de la solution lorsque l'austénite se transforme en ferrite.
• Si elle est refroidie extrêmement rapidement, une microstructure de martensite extrêmement solide et dure se forme. La formation de martensite est un processus sans diffusion dans lequel le carbone est piégé dans l'austénite alors qu'il se transforme en une structure BCC, déformant le réseau en une structure BCT tendue qui est difficile à déformer davantage, d'où sa haute résistance. En modifiant la quantité de carbone et en étant créatif avec les programmes de traitement thermique, un large éventail de combinaisons microstructurales est disponible.

Avec un alliage et un traitement thermique appropriés, il est possible d'avoir un acier avec austénite, ferrite, perlite, bainite et martensite conservées dans le même matériau. De telles microstructures complexes sont impossibles dans d'autres systèmes de transition métal-carbone de première rangée.

Toute la grande capacité de traitement thermique et le large éventail de microstructures et de propriétés sont entièrement dus à la présence d'une transformation eutectoïde qui prend une phase à haute solubilité en une phase à faible solubilité. La transformation eutectoïde elle-même est due à un changement de phase de l'austénite (FCC) à la ferrite (BCC) et à la perte importante de solubilité du carbone qui en résulte. La réponse à votre question est effectivement non , il n'y a pas d'autres alliages (dont je suis au courant) qui se comportent comme de l'acier pendant le traitement. La réponse à votre question alternative est que le carbone a des effets moins utiles et moins exploitables sur les autres métaux de transition de première rangée.

Vous trouverez ci-dessous les diagrammes de phases Fe-C, Ni-C et Mn-C pour comparaison. Notez que le diagramme de phase Fe-C s'arrête à 0,2 a / a C tandis que les autres vont à 1,0 a / a C. Ni-C n'a pas d'eutectoïde, seulement une transformation eutectique, et ne peut donc être durci que par précipitation. Toute autre formation de microstructure devrait se produire pendant la solidification. Le diagramme de phase Mn-C a un eutectoïde, mais il passe d'une phase à haute solubilité à une autre phase à haute solubilité, ce qui signifie que des quantités extrêmement importantes de carbone seraient présentes dans la phase à plus basse température (près de 10% a / a C par rapport avec moins de 1% a / a C dans l'acier), ce qui entraînerait une fragilité extrême.

Voir les commentaires. Basé sur le point de départ de:

Super 13cr is defined as a low-carbon stainless steel. The chemical composition specified from suppliers such as Sumitomo specifies Fe min 0%- Max 0%, C is to be below 0,03.
    Commonly used in oil and gass applications to resist sour environments and some H2S. But it's expensive as... 4 chickens, in solid gold.

http://www.howcogroup.com/materials/mechanical-tubing-octg/grade-super-13-cr-13-5-2-tube.html