L'acier est un matériau homogène et isotrope. Il peut être sollicité de manière identique dans toutes les directions en compression et en traction.

Homogène

Les cellules qui le composent sont de même nature et répartis de façon uniforme.

Isotrope

Les caractéristiques physiques et mécaniques de l'acier sont les mêmes dans toutes les directions, de sorte qu'il se déforme élastiquement ou plastiquement, et à la limite se rompt, toujours dans les mêmes conditions quelle que soit l'orientation de la microstructure.

La propriété mécanique la plus souvent mise en avant pour l'acier est sa résistance à la traction.

Elle est liée à la propriété de ductilité du matériau, qui peut subir une grande déformation avant de se rompre.

Lorsque l'acier est soumis à un effort de traction, il passe par trois états successifs : le domaine élastique, le domaine plastique et enfin la rupture. Ces trois états sont déterminés à travers une courbe dite de traction.

Domaine réversible : domaine élastique

L'acier s'allonge quand on tire dessus. La longueur de l’allongement est proportionnelle à la sollicitation, c’est-à-dire à l’effort de traction.

L'acier reprend sa longueur initiale lorsque la force n'agit plus. On peut déterminer ces déformations avec la loi de Hooke.

Lorsque la limite d'élasticité (Re) est atteinte, l'acier passe dans le domaine plastique. Cette limite est une caractéristique fondamentale des aciers.

La limite d'élasticité (Re) est importante à connaître pour le constructeur qui désire garder une géométrie intacte des pièces après chargement. On pourra remarquer que pour une même charge, plus le module d'élasticité est grand, plus la déformation élastique est petite.

Domaine irréversible : domaine plastique

Lorsqu'on augmente l'effort, on constate que le morceau d'acier ne retrouve plus sa longueur initiale après déchargement. On entre alors dans la déformation plastique de l'acier.

Toute déformation est conservée. C'est cette propriété qui est par exemple utilisée pour le profilage des tôles.

L'acier se déforme jusqu'à la limite de rupture. La propriété associée à cette limite est la limite de résistance à la traction (Rm).

Un élément de structure en service ne doit jamais atteindre la limite de résistance à la traction.

Rupture : domaine de la striction

Au-delà de la limite de résistance à la traction, il y a rupture après une déformation locale dans la zone de "striction".

L'essai de traction permet à ce niveau de déterminer la propriété de déformation plastique pour mesurer la capacité du matériau à subir des mises en forme. C'est l'allongement à rupture A : allongement maximal admissible avant rupture qui exprime également la ductilité de l'acier, c'est-à-dire la capacité à être déformé, courbé, étiré, etc. sans se rompre.

L'acier se raccourcit quand il est comprimé sous l'effet d'une charge.

La plasticité apparaît dans les mêmes conditions que pour la traction.
R = 520 KN/mm2

Néanmoins, on parvient rarement dans une structure à une rupture par compression parce qu'entre temps ont lieu des phénomènes de flambement et de voilement qui provoquent la ruine de la structure avant qu'une sollicitation égale à la résistance à la compression ne soit atteinte.

L'acier est résistant au cisaillement autant qu'en traction et en compression.

Le cisaillement est l'effort de deux forces parallèles, de sens opposés, et très rapprochées, tendant à provoquer le glissement relatif des deux sections de la pièce.

La contrainte de cisaillement est nulle sur les faces et maximale à l'axe neutre.
Contrainte de cisaillement t = T/S
S : section de la pièce; T : effort tranchant.

Dans la construction métallique, la résistance au cisaillement est particulièrement importante au niveau des assemblages. Les boulons participant à l'assemblage d'un poteau et d'une poutre par exemple subissent une forte contrainte de cisaillement et doivent être calculés en conséquence.

Lorsqu'on soumet un matériau à des efforts répétés, alternés et variables, il peut se fissurer et se rompre alors que le niveau de sollicitations est inférieur à la limite de rupture à la traction. Cette perte de résistance qui se produit au cours du temps est appelée « fatigue ».

Pour l'acier, on teste une éprouvette sous efforts alternés cycliques, jusqu'à la rupture.

Les résultats obtenus sont représentés par une courbe qui définit la limite d'endurance de l'acier, en dessous de laquelle l'acier ne se fissure pas, quel que soit le nombre cycles imposés.

En règle générale, la limite d’endurance des aciers se situe entre 0,45 et 0,5 fois la résistance à la rupture (Rm).

La dureté est l'aptitude d'un métal à résister aux contraintes d'écrasement et de poinçonnement. Elle est d'ailleurs liée à la résilience.

On distingue les duretés Brinell et Vickers, suivant l'appareil d'essai.

Pour apprécier la résilience d'un acier, c'est-à-dire la résistance au choc, on réalise un essai sur éprouvette. C'est ce qui permet de caractériser la fragilité d'un métal.

Aciers courants : 28 J

Aciers à haute limite d'élasticité : 50 J

Le résultat s'exprime sous forme d'énergie nécessaire pour rompre l'éprouvette (en J ou en J/cm2). Plus l'énergie nécessaire est grande, plus la résistance est considérée comme grande.

Le fluage est une déformation irréversible due au comportement élastique de l'acier.

C'est un mode de déformation plastique intervenant dans le temps sous une sollicitation mécanique qui peut être constante (charges permanentes) ou à haute température. Cette déformation se manifeste par l'augmentation de la flèche à la flexion.

Le fluage peut conduire à la ruine de la structure dans le temps.