Meilleure réponse
Lancien ingénieur métallurgiste et sidérurgiste dit:
Lacier nest pas un composé , qui a défini des proportions des éléments qui le composent. Lacier est un alliage et, en tant que tel, peut contenir diverses quantités déléments dalliage. Il ny a pas de formule «moléculaire» pour lacier, car il nexiste pas de molécule dacier.
Par exemple, AISI 6150H est un acier allié avec la composition chimique suivante (en\% en poids de lélément dalliage):
0,75 – 1,20 Cr
0,60 – 1,00 Mn
0,47 – 0,54 C
0,15 – 0,30 Si
≥0,15 V
≤0,040 S
≤0,035 P
Vous pouvez voir que les éléments dalliage ont une plage de valeurs; il ny a pas de proportion fixe.
Informations supplémentaires sur lacier AISI 6150H:
Module délasticité: 200GPa
Résistance à la traction: 924MPa (134 000psi)
Limite délasticité: 800MPa (116 000psi)
Dureté: Brinell 269 (Rockwell C 27)
Allongement à la rupture 19,5\%
Réponse
Je vois que beaucoup de ces réponses sont accrochées au mot formule, plutôt que dessayer dinterpréter lintention de votre question. En tant que profane, je considère que «composition chimique» et «formule chimique» sont suffisamment identiques pour interpréter «formule structurelle» comme «composition structurelle». Je ferai donc de mon mieux pour expliquer la composition structurelle complexe de lacier.
Structurellement, cest une dispersion idéalement homogène de structures cristallines cubiques datomes de fer avec des atomes de carbone dissous dans et parmi ces cubes. La structure cubique des cristaux de fer peut être soit cubique centrée sur le corps, BCC, avec un atome de fer au centre dun cube datomes de fer à chacun de ses six sommets, soit cubique centrée sur la face, avec un atome de fer situé au centre sur chacun des les six faces du cube. Lorsque lacier est chauffé à une température suffisante, appelée point eutectique, la configuration BCC des atomes de fer appelés ferrite se transforme en la forme FCC appelée austénite, une solution solide qui permet aux atomes de carbone de se dissoudre dans sa structure cristalline. Selon la composition chimique de lacier, il peut rester sous forme dausténite à température ambiante. Cest le cas de certains aciers inoxydables, et peut être identifié comme tel à laide dun aimant. Lacier austénitique est non magnétique. Lacier a une propriété unique où, lorsquil est chauffé à son point eutectique, et rapidement refroidi ou trempé, lausténite FCC avec des atomes de carbone dissous dans elle se transforme rapidement en une forme BCC très tendue, distincte de la ferrite, gelant les atomes de carbone en place . Ce matériau est appelé martensite. Les aciers martensitiques sont magnétiques. Selon la composition chimique de l’acier et la vitesse de refroidissement, des quantités variables d’austénite resteront dans l’acier. Lausténite conservée est généralement faible en aciers martensitiques. La dispersion des atomes de carbone bloqués en place dans les aciers martensitiques empêche la dislocation des atomes de fer de leur position dans leurs structures cristallines. C’est ce qui donne à l’acier martensitique une dureté élevée. Cest pourquoi lacier est si cool. En manipulant la température, le temps et la composition chimique, nous pouvons contrôler ce qui se passe quand, par exemple, une barre dacier est pliée. Nous pouvons faire en sorte qu’il reste plié en permanence, ou se plie un peu, puis se brise ou reprend sa forme originale. En plus de cela, nous pouvons changer la dureté de lacier.
On trouve également dans lacier des inclusions de carbures de fer, Fe3C, des matériaux céramiques durs et cassants dispersés dans lalliage fer-carbone. La présence de ces carbures peut améliorer la limite supérieure du durcissement dun acier, mais aussi rendre lacier plus cassant. Lacier contient également des niveaux variables dimpuretés ou des éléments dalliage peuvent être ajoutés pour augmenter ou diminuer certains attributs de lacier. Le chrome, le tungstène, le vanadium, le molybdène, le niobium, le nickel, le titane, le bore et le manganèse sont des éléments ajoutés intentionnellement pour améliorer la dureté de lacier, la résistance aux chocs, la résistance à la déformation, la résistance aux chocs et aux rayures, ainsi que la maniabilité à des températures variables. Le chrome qui précipite sur la surface de l’acier forme de l’oxyde de chrome au contact de l’oxygène, ce qui améliore la résistance de l’acier à la corrosion. Beaucoup de ces éléments forment également des carbures et des nitrures, parmi les matériaux les plus durs connus. Le carbure de tungstène et le nitrure de bore seraient deux bons exemples de matériaux extrêmement durs que lon retrouve dans certains aciers.
Dautres éléments trouvés dans lacier qui sont moins fréquemment recherchés sont le silicium, le soufre, loxygène, le phosphore, lazote, lhydrogène et le cuivre. Le silicium diminue certaines des propriétés mécaniques de lacier mais améliore également ses propriétés magnétiques – abaissant lhystérésis et les pertes de noyau tout en améliorant la perméabilité magnétique. Cest cette propriété qui rend lacier à haute teneur en silicium très utile comme matériau de base dans les électroaimants, les moteurs électriques et les transformateurs et inducteurs à basse fréquence.Le soufre améliore les propriétés dusinabilité de lacier avant dêtre trempé. Le phosphore et l’azote peuvent aider à améliorer la résistance de l’acier à la corrosion. Le cuivre augmente la ductilité, ce qui est généralement une mauvaise chose, mais rend lacier plus facile à travailler à chaud. Loxygène élimine les impuretés pendant le processus de fabrication de lacier, mais en tant quimpureté, il rend lacier plus sensible à la corrosion et réduit la trempabilité. Lhydrogène est tout simplement mauvais. Il rend lacier très cassant en favorisant les dislocations dans le réseau cristallin de fer. Cela fait de lacier un mauvais choix lorsque lhydrogène et les températures élevées coexistent.
La dispersion homogène des éléments dalliage dans le fer est très recherchée et confère aux aciers modernes des propriétés de matériau incroyables par rapport à ce qui était possible au début production dacier. Des températures suffisamment élevées qui peuvent faire fondre tous les éléments utilisés dans le processus de fabrication de lacier facilitent leur mélange. La métallurgie des poudres est une technique pour améliorer cette dispersion homogène déléments utilisée pour les aciers hautes performances. Lacier est fondu, pulvérisé sous forme de fines gouttelettes qui refroidissent et forment une poudre qui est ensuite gabarit et façonnée en formes de base. Des aciers de soudage par modèle de propriétés différentes ensemble à des températures très élevées sont utiles, par exemple, dans la fabrication doutils de coupe où larête de coupe a une dureté élevée et est revêtue dun acier qui a une dureté inférieure mais une meilleure résistance à la déformation, à la déformation et corrosion. Des procédés chimiques peuvent également être utilisés pour améliorer la dureté de surface et la résistance à la corrosion des aciers. Le chauffage de lacier à des températures qui permettent à dautres éléments tels que le carbone, le bore et lazote supplémentaires sous forme datmosphère faible en oxygène et riche en gaz contenant ces éléments est utilisé pour donner aux outils tels que les limes, les tarauds, les matrices et les broches leur capacité à couper les aciers. , ou pour donner aux pièces du pistolet une plus grande résistance à la corrosion, au grippage, aux rayures et à la déformation par abrasion.
Enfin, il existe une forme cristalline amorphe dalliage fer-carbone. Techniquement, cela en fait un verre, et il a des propriétés incroyablement étranges qui dépassent la portée de cette réponse. Magic 8-ball dit de demander à nouveau plus tard.