La dureté de l’acier au carbone peut être affectée par un certain nombre de facteurs différents, notamment le contact avec le carbone, la quantité et le type d’autres éléments dans l’alliage et les processus spécifiques utilisés pour créer l’acier. L’acier à faible teneur en carbone, qui contient entre 0.05 et 0.25% de carbone, est généralement la variété la plus tendre, bien qu’il puisse être durci par un processus connu sous le nom de cémentation. L’acier à très haute teneur en carbone, qui peut contenir jusqu’à 2 % de carbone, est généralement le type le plus dur, bien que la dureté finale de chaque produit soit également déterminée par divers procédés de traitement thermique. Les processus de trempe peuvent augmenter la dureté de l’acier au carbone d’un facteur d’environ quatre, bien qu’un revenu ultérieur diminue généralement la dureté.
L’acier au carbone est un alliage composé principalement de fer et de carbone. D’autres éléments peuvent également être présents, généralement en très petites quantités. Il existe quelques définitions différentes de ce qui constitue exactement l’acier au carbone, bien que des éléments tels que le silicium et le cuivre représentent généralement moins de 0.6% des divers alliages. Certains alliages d’acier au carbone peuvent également contenir jusqu’à 1.6 % d’éléments comme le manganèse. Comme il existe un certain nombre d’alliages différents qui sont tous communément appelés acier au carbone, chaque type a tendance à avoir une dureté différente.
Le principal facteur qui affecte la dureté de l’acier au carbone est la quantité de carbone présente dans l’alliage. Les aciers à faible teneur en carbone ont tendance à être les plus tendres, tandis que les aciers à très haute teneur en carbone peuvent être assez durs et cassants. Il est également possible de modifier les caractéristiques physiques de l’acier au carbone par divers traitements, soit pour augmenter, soit pour réduire la dureté.
Même si l’acier à faible teneur en carbone est relativement mou, un processus connu sous le nom de carburation peut le rendre plus dur. Ce processus de traitement thermique amène en fait l’alliage à absorber du carbone supplémentaire provenant de sources solides, liquides et gazeuses telles que le charbon de bois et le monoxyde de carbone. Le carbone n’est généralement absorbé que par la surface du métal, ce qui donne une couche externe cémentée et un noyau plus doux et ductile.
Les aciers au carbone à haute teneur ont tendance à être très durs au départ, mais les processus de trempe peuvent les rendre encore plus durs. Si un alliage d’acier au carbone est trop dur, il sera généralement aussi assez cassant. Certains alliages exceptionnellement durs sont en fait soumis à des processus de trempe et de revenu qui peuvent réduire la dureté de l’acier au carbone et augmenter la ductilité. D’autres processus, tels que le recuit, peuvent également augmenter efficacement la ductilité et diminuer la dureté globale de l’acier.