Les Alliages et leurs Propriétés
La plupart des métaux purs sont, en raison de leurs propriétés physiques, mécanique et chimiques, difficilement utilisable dans l'industrie.
Le nombre d'éléments susceptibles de former des alliages et de l'ordre de 80. Il en résulte l'existence possible de plus de 3000 alliages binaires et de plus de 80 000 alliages ternaires.L'addition, volontaires ou non, à un métal pur d'un ou plusieurs éléments (métal ou non métal), peut modifier profondément ses propriétés ; les mélanges ainsi obtenus se nomment alliages métalliques. Un alliage est dit binaire, ternaire, quaternaire suivant qu'il renferme deux, trois ou quatre éléments.
Propriétés pratiques des alliages:
Pour choisir un alliage en vue d'une ou de plusieurs applications précises, on doit considérer de nombreux facteurs que l'on peut classer en trois catégories :
Propriétés d'usage :
· Mécaniques: Définies par les essais mécaniques.
· Physiques: Masse volumique, Couleur, Dilatation, Résistivité, Conduction calorifique, etc..
· Chimiques: Résistance à l'action des divers produits chimiques et des agents atmosphériques (corrosion).
Propriétés de façonnage:
Qui permettent de réaliser avec l'alliage un objet de forme déterminée par :
· Coulée ;
· Déformation à chaud: Forgeage, Laminage, Matriçage, Tréfilage ;
· Déformation à froid: Laminage, Tréfilage, Emboutissage ;
· Usinage à l'aide d'outils coupants (tournage, fraisage, etc..).
Alors que les propriétés d'usage sont relativement bien connues et en général et exprimable par des nombres, les propriétés de façonnage apparaissent complexes et difficiles à caractériser par des essais. Elles ne peuvent être déterminées que par l'expérience industrielle.
À ce point de vue, on est conduit à envisager de catégorie d'alliages :
· Alliages de forge : C'est-à-dire suffisamment déformables à chaud pour recevoir la forme voulu par travail à chaud ;
· Alliages de fonderie: Permettant d'obtenir des moulages sains, c'est-à-dire compacts et homogènes; les propriétés mécaniques des produits bruts de coulée sont généralement inférieures à celle des pièces obtenues par forgeage, mais la fonderie permet d'obtenir des pièces de forme compliquée de façon économique.
Prix et parfois possibilité d'approvisionnement:
Définition scientifique des alliages :
Les propriétés usuelles des alliages dépendent essentiellement de quatre facteurs dont les variations entraînent les modifications de ses propriétés :
· Composition chimique: Établi par l'analyse chimique ; notons que l'analyse industrielle courante ne donne que les proportions des éléments principaux et ne fait pas mention de certaines impuretés peu abondantes mais dont l'influence peut cependant n'être pas négligeable.
· Constitution physico-chimie-chimique: C'est-à-dire nombre, nature, composition chimique et proportion des constituants suivants lesquels sont groupés les corps simples qui entrent dans la composition de l'alliage. Ces constituants sont mis en évidence par un examen micrographique convenable. Ce sont les véritables matériaux de l'alliage au même titre que pierres, briques, mortier, ciment sont les matériaux d'un édifice. Ces constituants peuvent être des corps purs simples, des combinaisons et plus souvent des solutions solides ou des agrégats intimes des constitutions précédents (Eutectiques et Eutectoîdes).
· Structure micrographique: On qualifie ainsi la répartition des constituants (forme, dimensions, orientation, arrangements...).
· Etat mécanique: Caractérisé par l'existence éventuelle de contraintes propres. Ces contraintes résultent d'efforts mutuels de traction ou de compression qui s'exercent entre différentes parties d'un corps en l'absence de toute force extérieure et qui sont dus à des modifications inégales des dimensions des diverses parties du corps, après traitement mécanique, thermique ou chimique.
L’étude industrielle complète d'un alliage nécessite la connaissance de ces quatre facteurs. La détermination de la seule composition chimique est insuffisante pour prévoir les propriétés d'un alliage; deux échantillons ayant même composition présentent parfois de grandes différences suivant le mode d'élaboration ou les traitements mécaniques ou thermiques qu’ils ont pu subir ultérieurement et qui ont modifié soit la constitution (ex : trempe des aciers), soit la structure (ex : écrouissage des aciers), ou encore l'état mécanique.
Une étude scientifique complète nécessite en plus la connaissance des défauts cristallins à l'échelle atomique (dislocations, joints de grains, macles, …) et de l'hétérogénéité chimique.
Influence des traitements ultérieurs :
Alliage en équilibre et hors d'équilibre.
Les quatre facteurs qui définissent un alliage peuvent subir des modifications du fait des traitements mécaniques, thermiques ou chimiques. À chacun de ces facteurs correspond la conception d'un état d'équilibre ; c'est ainsi que soit, à la température ordinaire, soit à chaud un alliage peut être en équilibre ou hors d'équilibre vis-à-vis de l'un quelconque de ces facteurs. D’une façon générale, les transformations physico-chimiques et mécaniques sont relativement rapides, alors que les transformations chimiques et structurales sont beaucoup plus lentes.
Pratiquement, les équilibres chimiques et mécaniques sont presque toujours réalisés, et ce sont les modifications de la constitution et de la structure des alliages qui entraînent les variations de leurs propriétés, d'où la nécessité d'une étude poussée de ces deux facteurs dans l'importance est souvent prépondérante.
Propriétés mécaniques :
· Dureté: Résistance à la pénétration des outils.
· Ténacité: Résistance à la rupture provoquée par un effort de traction ou de compression.
· Résilience : Résistance aux chocs et aux efforts brusques.
· Élasticité: Propriété qui permet à un métal de se déformer sous l'action d'une force et de reprendre ensuite sa forme primitive.
· Malléabilité : Qualité des métaux pouvant être mis en feuilles.
· Ductilité: Qualité des métaux pouvant être étirés en fils.
Propriétés chimiques:
Une seule, l’inoxydabilité, ou résistance à la corrosion, nous intéresse. Peu de métaux sont inoxydables; on y remédie en les recouvrant soit d'un enduit isolant (graisse, peinture, vernis, émail), soit d'un revêtement métallique inoxydable dû à des procédés divers: nickelage étamage, chromage, cuivrage, galvanisation (zinc), soit par une oxydation superficielle du métal: brunissage, bronzage, calorisation (dépôt d'alumine), parkérisation etc.
Propriétés thermiques:
Elles sont à peu près réservées à l’acier.
La composition d'un acier à teneur en carbone donnée, est stable à froid, mais elle varie à partir d'une certaine température T1 = 700°C environ. Elle se stabilise de nouveau ensuite, au-dessus d'une température T3, variable avec le pourcentage initial de l'acier en carbone, et allant de 700 à 900°C. La composition chimique des aciers dépend donc de la température. Les traitements thermiques ont pour but de provoquer par la chaleur une modification de la structure interne du métal, et à le stabiliser dans cet état par un refroidissement plus ou moins brusque. Les propriétés mécaniques du métal traité sont à leur modifiées dans des proportions considérables.
La trempe consiste à chauffer un métal à une température T = T3 + 40°C, et à le refroidir suffisamment vite, de manière à maintenir à froid la structure nouvelle que le métal avait prise à chaud. La trempe est plus ou moins douce suivant la température de chauffe et la vitesse de refroidissement. Celle-ci dépend des bains employés: eau à diverses températures, eau salée, eau savonneuse, huile, etc.
Le revenu est un chauffage après trempe à une température inférieure à T3, suivi d'un refroidissement très lent pour détruire en partie les effets de la trempe. La dureté décroît ainsi fortement à partir de 200 à 300°C.
- Pour détruire les effets de la trempe;
- Pour régénérer des pièces surchauffées et affiner le grain du métal;
- Pour détruire l’écrouissage provoqué par les traitements mécaniques (martelage, poinçonnage, etc.).
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire