L'acier fond entre 1 370 °C et 1 540 °C (2 500 °F et 2 800 °F), selon sa composition. Contrairement au fer pur, qui fond à 1 538 °C exactement, l'acier passe de l'état solide à l'état liquide sur une certaine plage de températures, car il est un alliage de fer, de carbone et d'autres éléments.
La teneur en carbone est le facteur le plus important qui influence le point de fusion de l'acier. Une teneur en carbone plus élevée entraîne des températures de fusion plus basses : un acier à haute teneur en carbone contenant 1 % de carbone commence à fondre vers 1 425 °C, tandis qu'un acier doux à faible teneur en carbone ne commence à fondre qu'à environ 1 500 °C.
Les aciers au carbone fondent entre 1 425 °C et 1 540 °C, la température exacte étant principalement déterminée par la teneur en carbone. Les aciers à faible teneur en carbone (comme l'acier doux à 0.2 % de carbone) fondent à la température maximale, entre 1 500 et 1 525 °C, tandis que les aciers à haute teneur en carbone (environ 1 % de carbone) commencent à fondre à la température minimale, autour de 1 425 °C.
Cela se produit parce que le carbone perturbe la structure cristalline du fer et forme un mélange eutectique qui fond à basse température. Pour chaque augmentation de 0.1 % de la teneur en carbone, le point de fusion baisse d'environ 10 à 15 °C.
La plupart des aciers au carbone que vous rencontrerez suivent ce modèle :
La présence de faibles quantités de manganèse, de silicium et de soufre dans les aciers au carbone commerciaux a un impact minimal sur la température de fusion. Le traitement thermique ne modifie pas non plus le point de fusion : que votre acier soit recuit ou trempé, il fond à la même température selon sa composition.
Les aciers inoxydables fondent généralement entre 1 370 °C et 1 530 °C, les plages de température spécifiques variant considérablement selon la nuance. La teneur en chrome (minimum 10.5 %), combinée au nickel, au molybdène et à d'autres ajouts, crée des comportements de fusion différents de ceux de l'acier au carbone ordinaire.
La plupart des aciers inoxydables ont en réalité des points de fusion légèrement inférieurs à ceux de l'acier au carbone, car le nickel et d'autres éléments d'alliage abaissent leur température de fusion. Le comportement à la fusion dépend entièrement du type d'acier inoxydable utilisé.
Les nuances austénitiques comme le 304 et le 316 présentent les plages de fusion les plus basses parmi les aciers inoxydables, généralement entre 1 375 et 1 450 °C. L'acier inoxydable de type 304 (18 % de chrome, 8 % de nickel) commence à fondre vers 1 400 °C et est complètement liquide à 1 455 °C.
La teneur élevée en nickel est responsable de ce point de fusion plus bas. Le nickel fond à 1 453 °C, une température nettement inférieure à celle du fer (1 538 °C). Allié au fer, il forme une solution solide qui fond à des températures intermédiaires.
L'acier inoxydable de type 316 fond à une température encore plus basse, entre 1 375 et 1 400 °C, en raison de sa teneur plus élevée en nickel et de l'ajout de 2 à 3 % de molybdène. Cela facilite le soudage des nuances austénitiques, mais limite leur utilisation dans les applications à très hautes températures.
Les aciers inoxydables ferritiques fondent à des températures plus élevées que les aciers austénitiques, généralement entre 1 450 et 1 510 °C. Le type 430 (16 à 17 % de chrome, sans nickel) commence à fondre vers 1 425 °C et devient totalement liquide vers 1 510 °C.
L'absence de nickel maintient le point de fusion plus proche de celui du fer ordinaire. Bien que le chrome ait un point de fusion très élevé (1890 °C), aux concentrations utilisées dans l'acier ferritique, il n'augmente pas le point de fusion ; il le maintient simplement à un niveau proche de celui de l'acier au carbone.
Ces aciers conservent une meilleure résistance à haute température que les nuances austénitiques. Leur plage de fusion plus élevée les rend adaptés aux systèmes d'échappement et autres applications où la résistance à la température est importante.
Les aciers inoxydables martensitiques présentent la plus grande variation de température de fusion, de 1 370 à 1 530 °C selon la teneur en carbone. Le type 410 (12 % de chrome, 0.1 % de carbone) fond à une température similaire à celle des nuances ferritiques, entre 1 480 et 1 530 °C.
Les nuances martensitiques à haute teneur en carbone présentent un autre aspect. Le type 440C (17 % de chrome, 1 % de carbone) commence à fondre dès 1 370 °C en raison de sa forte teneur en carbone, malgré une teneur en chrome supérieure à celle de nombreuses autres nuances.
Cela démontre comment l'effet du carbone sur le point de fusion l'emporte sur celui du chrome. Cette combinaison crée une large plage de fusion : le 440 °C ne se liquéfie complètement qu'à environ 1 480 °C, ce qui lui confère une plage de fusion de 110 °C, contre seulement 50 °C pour les nuances à faible teneur en carbone.
Les aciers à outils fondent généralement entre 1 420 °C et 1 540 °C, mais leur composition complexe crée des plages de fusion exceptionnellement larges. Ces aciers contiennent 0.5 à 2 % de carbone, ainsi que des quantités importantes de chrome, de tungstène, de molybdène et de vanadium, ce qui crée un comportement de fusion complexe.
La forte teneur en carbone signifie que les aciers à outils commencent à fondre à des températures relativement basses, autour de 1 400-1 420 °C pour la matrice fer-carbone. Cependant, les éléments formant des carbures créent des composés extrêmement stables qui ne fondent qu'à des températures beaucoup plus élevées.
Prenons l'exemple de l'acier à outils D2 (1.5 % de carbone, 12 % de chrome). Il commence à fondre à 1 420 °C, mais n'est complètement liquide qu'à 1 540 °C, soit une température comprise entre 120 °C et 1540 °C. Les carbures de chrome dispersés dans l'acier restent solides longtemps après la fusion de la matrice environnante.
Les aciers rapides comme le M2 présentent un comportement encore plus extrême. La matrice d'acier fond à environ 1 400-1 425 °C, mais les carbures de tungstène qu'elle contient peuvent rester solides bien au-delà de 1 500 °C. De ce fait, les aciers à outils sont notoirement difficiles à couler ou à souder sans équipement haute température spécialisé.
| Nuance d'acier | Composition | Gamme de fusion (° C) | Facteur clé |
|---|---|---|---|
| Acier à faible teneur en carbone (1020) | ~0.2 % C, 99 % Fe | 1500-1525 | Fer presque pur |
| Acier à haute teneur en carbone (1095) | ~0.95 % C, 98-99 % Fe | 1425-1500 | Le carbone réduit le solidus |
| Inox 304 (austénitique) | 18 % Cr, 8 % Ni, 0.08 % C | 1400-1450 | Le nickel abaisse le point de fusion |
| Inox 430 (ferritique) | 16 % Cr, < 0.1 % C, pas de Ni | 1450-1510 | Haute teneur en fer |
| Inox 440C (martensitique) | 17 % Cr, 1.0 % C | 1370-1480 | Une teneur élevée en carbone crée une large gamme |
| Acier à outils D2 | 1.5 % C, 12 % Cr, Mo, V | 1420-1540 | Les carbures étendent la gamme |
| Acier rapide M2 | 0.8 % C, 6 % W, 5 % Mo | 1400-1425 * | *Matrice uniquement ; les carbures restent solides |
