fer

En métallurgie, le fer est le fer élémentaire, Fe, sous une forme substantiellement exempte de carbone et d'autres éléments d'alliage qui définissent l'acier. La fonte contient 2 % de carbone ou plus et est cassante ; le fer forgé contient moins de 0,1 % de carbone et est tenace et malléable. Le fer pur se situe entre les deux : assez mou pour être travaillé, assez solide pour être utile, et chimiquement distinct des deux. La plupart du fer commercial existe à une pureté de 99,5 % ou plus, avec de l'oxygène résiduel, du soufre, du phosphore et des métaux traces provenant de la fusion et du raffinage.

La limite métallurgique est importante car le comportement mécanique du fer change brusquement avec la teneur en carbone. En dessous de 0,1 % de carbone, le fer est de la ferrite, une structure cristalline cubique douce qui se déforme plastiquement sous contrainte plutôt que de se fracturer. Il est ductile, soudable et réagit bien au travail à froid. Au-dessus de 2 % de carbone, la structure se transforme pour inclure du graphite ou de la cémentite, et la fragilité domine. Le point idéal du fer pur est souvent sous-utilisé précisément parce qu'il se situe entre la commodité industrielle de la fonte (bon marché, facile à couler) et la résistance de l'acier (durci au carbone et traitable thermiquement).

Le fer pur est produit industriellement sous forme de poudre, d'éponge ou de lingot raffiné. Le fer électrolytique est la forme la plus pure, fabriqué par électrodéposition, et est utilisé dans les électroaimants spécialisés et la métallurgie des poudres où les oxydes ou carbures de fer doivent être évités. La poudre de fer réduite, fabriquée par réduction d'oxyde de fer à l'hydrogène, est moins chère et utilisée dans la fabrication de pièces, le frittage et les applications pharmaceutiques. Le fer forgé, maintenant rarement fabriqué, était traditionnellement façonné à la main ; sa microstructure fibreuse le rendait excellent pour les chaînes, les rivets et les ouvrages ornementaux.

Le défi avec le fer pur est sa faible résistance par rapport à l'acier et sa tendance à s'oxyder dans l'air humide, formant rapidement de la rouille s'il n'est pas protégé. Les propriétés mécaniques sont modestes : limite d'élasticité d'environ 200 MPa à l'état recuit, résistance à la traction d'environ 250 MPa. Cela limite son rôle structurel. Il excelle plutôt là où le magnétisme, la conductivité électrique ou la résistance à la corrosion (après traitement de surface) importent plus que la capacité de charge, ou là où le processus de fabrication spécifique exige une composition connue et prévisible, exempte de carbures durcissants.

Le nom du fer vient des racines anglo-saxonnes et germaniques ; le symbole chimique Fe dérive du latin ferrum. Dans la terminologie commerciale, lorsqu'une spécification demande du fer plutôt que de l'acier, cela signifie généralement que l'utilisateur souhaite la ductilité, la soudabilité ou les propriétés magnétiques du métal pur, ou qu'il doit éviter la fragilité imprévisible que le carbone confère. La distinction est précise : le fer est l'élément et le matériau ; l'acier est un alliage de fer avec du carbone et d'autres éléments, régi par des normes et des attentes différentes.