Matériaux
1 – Métaux et alliages métalliques
1.1 - Alliages à base de fer
Les alliages à base de fer (aciers et fontes) jouent et continuent de jouer un rôle capital sur
le plan technologique. Ils constituent en masse près de 90 % de la production mondiale de
matériaux métalliques. Plusieurs facteurs expliquent cette importance : les alliages ferreux
se prêtent facilement à une production en masse, ils sont bon marché et on peut les acquérir
sous des formes très variées grâce à la diversité des traitements thermiques et des éléments
d’addition. Ils ont un fort module d’élasticité et une forte limite élastique.
Nous pouvons distinguer : – les aciers d’usage général ;
– les aciers de traitement thermique ;
– les aciers à outils ;
– les aciers inoxydables ;
– les fontes.
L’acier est un alliage de fer et de carbone renfermant au maximum 2 % de ce dernier
élément. La fonte contient, quant à elle, de 2 à 5 % de carbone. Contrairement à cette
dernière, l’acier est un métal ductile
2 : il peut subir des changements de forme par
compression ou extension à chaud ou à froid. Il est caractérisé par une propriété
fondamentale : il « prend la trempe », c’est-à-dire qu’il est susceptible d’acquérir une grande dureté lorsqu’il est chauffé à une température suffisamment élevée et refroidi à une vitesse assez grande.
Un des défauts majeurs des aciers ordinaires est l’altération par l’action de l’atmosphère et,
plus encore, par l’action des divers produits au contact desquels ils peuvent se trouver. La
rouille est la première manifestation de cette altération, mais des attaques beaucoup plus
profondes peuvent se produire par l’action de gaz ou de liquides plus réactifs.
1.1.1 - Aciers d’usage général (S355, E335)
Ces aciers sont définis principalement par leurs propriétés mécaniques. Leur résistance
mécanique est de l’ordre de
500 MPa pour la rupture et de
350 MPa pour la limite élastique ;
ils sont ductiles puisque leur teneur en carbone est faible (elle ne dépasse pas 0,2 %) ;
l’allongement relatif avant rupture est de l’ordre de 25 %
. Ces aciers sont produits sous la
forme de profilés (produits longs) ou sous la forme de tôles (produits plats) en fonction de leur utilisation.
Les produits longs comprennent les poutrelles, les profilés de sections diverses, les fers
marchands, les tubes, les fils, les câbles et les rails.
Les produits plats comprennent les tôles fortes, les plaques (épaisseurs supérieure à 5 mm), les tôles minces pour l’emboutissage.
1.1.2 - Aciers à outils (35 Cr Mo 4, 100 Cr 6)
1 Haut fourneau au coke du Creusot, 1865 environ.
2 ductile : qui peut être déformé
de façon permanente sans se rompre
Les propriétés des métaux
Les matériaux métalliques, comme leur nom l’indique, comportent des liaisons essentiellement métalliques, c’est-à-dire en partie assurées par des électrons
délocalisés. Ces derniers sont responsables des bonnes propriétés de conductivité thermique et électriques des métaux. Les métaux sont généralement paramagnétiques voire
ferromagnétiques. Leur température de fusion et de vaporisation sont en général
élevées. Les métaux sont pour la plupart ductiles et relativement tenaces et
l’association de leur ténacité et de leur ductilité est un atout majeur pour leur mise en forme. Par contre, après mise en forme, on peut facilement donner aux
alliages métalliques une bonne résistance mécanique par des traitements thermi
ques appropriés grâce à la précipitation de phases durcissantes (durcissement
structural. Du fait de leur plasticité, leur tenue à la fatigue peut poser des problèm
es et ils sont de plus souvent sensibles à la corrosion. Enfin, les métaux
sont en général des matériaux lourds et denses ce qui est parfois un handicap.
Toutes les étapes de la fabrication
nécessitent des outils dont les conditions
d’utilisation peuvent être très variées (chocs,
tranchant, dureté). La teneur en carbone est
en général assez élevée (de l’ordre de 0,6 à 1
%) sauf pour les outils travaillant aux chocs
(moule d’injection pour matière plastique). Ce
sont en général des aciers fortement alliés de
chrome (entre 5 et 12 %) pour éviter la
corrosion. Ils doivent posséder la dureté la
plus élevée possible, une très bonne
résistance à l'usure et une grande ténacité.
1.1.3 - Les aciers de traitement thermique (C 32, 20 Ni Cr 6, 35 Ni Cr Mo 16)
On distingue 3 grands types de traitement thermique : les recuits, les traitement dans la
masse (trempe
3, revenu
4, austénisation
5) etles traitements de surface (trempe |
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