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Différents métaux et leurs propriétés

Acier inoxydable

Les aciers inoxydables jouent un grand rôle dans d'innombrables domaines : vie quotidienne, industrie mécanique, agroalimentaire, chimie, transports, médecine et chirurgie, etc. Comme les autres aciers, ce sont des alliages de fer et de carbone auxquels on vient ajouter du chrome et d'autres éléments, notamment le nickel, mais aussi parfois le molybdène et le vanadium, afin d'améliorer la résistance à la corrosion.

Les phénomènes de corrosion des métaux sont surtout de nature électrochimique.

En plus de la résistance à la corrosion qui caractérise les matériaux énumérés plus haut, les aciers inoxydables possèdent une qualité déterminante qui est la résistance mécanique.

L'élément d'alliage auquel les aciers inoxydables doivent leur principale caractéristique est le chrome. Contrairement à ce que l'on croit généralement, ce métal est très réactif du point de vue chimique et il est en particulier très oxydable, mais son oxyde forme une véritable peau à la fois transparente et protectrice. Allié au fer et au nickel, il provoque la formation d'un composé de surface oxydé capable de ralentir ou même d'arrêter totalement la corrosion.

Aluminium

L'aluminium est un métal argenté et malléable. Il est remarquable pour sa résistance à l'oxydation et sa faible densité. En fait, il est très oxydable, mais à l'air, il se forme une couche de quelques micromètres d'oxyde d'aluminium (Al2O3) imperméable qui protège le reste du métal et qui se reforme très rapidement.

L'aluminium est employé dans beaucoup d'industries pour faire de nombreux produits différents et il est très important pour l'économie mondiale.

Les composants structuraux faits à partir d'aluminium sont essentiels à l'industrie aérospatiale et très importants dans d'autres secteurs du transport et de la construction où sa faible densité, sa longévité et sa résistance sont nécessaires.

Acier

L'acier est un alliage à base de fer additionné d'un faible pourcentage de carbone. La teneur en carbone a une influence considérable sur les propriétés de l'acier, l'augmentation de la teneur en carbone a tendance à améliorer la résistance mécanique et la dureté de l'alliage

On modifie également les propriétés des aciers en ajoutant d'autres éléments, principalement métalliques, et on parle d'aciers alliés. De plus, on peut encore améliorer grandement leurs caractéristiques par des traitements thermiques (notamment les trempes) prenant en surface ou à cœur de la matière ; on parle alors d'aciers traités.

Outre ces diverses potentialités, et comparativement aux autres alliages métalliques, l'intérêt majeur des aciers réside d'une part dans le cumul de valeurs élevées dans les propriétés mécaniques fondamentales : résistance aux efforts (module d'élasticité, limite élastique, résistance mécanique), dureté, résistance aux chocs (résilience).

Bronze

Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain.

Les bronzes sont normalement composés de plus de 60 % de cuivre et contiennent en outre des proportions variables d'aluminium, plomb, béryllium, manganèse et tungstène, accessoirement du silicium et du phosphore, mais pas de zinc en quantité notable (ne pas confondre avec le laiton).

Leurs caractéristiques principales sont une bonne résistance à l'usure et à la corrosion et une bonne conductivité électrique. On les utilise souvent comme matériau de frottement en face de l'acier.

À part quelques exceptions, les bronzes contiennent entre trois et vingt pour cent d'étain.

Cuivre

Le cuivre est un des rares métaux qui existe à l'état natif. Métal de couleur rougeâtre, il possède une haute conductivité thermique et électrique (à température ambiante, le seul métal pur ayant une meilleure conductivité électrique est l'argent).

Le cuivre et ses alliages ne sont pas attaqués par l'eau ni par un grand nombre de produits chimiques. On met cette propriété à profit pour faire des tuyaux en cuivre ou des récipients et conteneurs pour de nombreuses industries. La robinetterie est en laiton ou en bronze.

Laiton

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc dans des proportions très variables. Le laiton contient souvent d'autres métaux tels que les plomb, étain, nickel, chrome ou magnésium. Le nickel, en raison de sa résistance à l'oxydation et à la corrosion, est utilisé dans les pièces de monnaie ou pour le plaquage du laiton. La corrosion fait apparaître à la surface du laiton une couche appelée vert-de-gris. Ce vert de gris disparaît avec le temps sur la peau.

Le laiton est très facile à usiner, mais il est relativement fragile. On l'utilise depuis longtemps pour la fabrication d'instruments de précision, d'éléments décoratifs pour le mobilier, d'instruments de musique, pour la robinetterie, etc. Le laiton est le plus utilisé des alliages de cuivre. C'est l'un des principaux métaux utilisés par l'industrie du décolletage (fabrication de petites pièces tournées en très grandes séries).

Les laitons servent aussi de base à la fabrication des alliages à mémoire de forme.

Fonte

La fonte, en sidérurgie, est un alliage de fer riche de 1,7 à 6,67 % de carbone, en dessous de ce pourcentage ce sont les aciers et les fers industriels.

Les fontes sont toutes des alliages destinés à la fonderie. Les fontes se distinguent des autres alliages par leur excellente coulabilité (ce terme regroupe l'inertie thermique et la fluidité de l'alliage en fusion, il est mesuré de façon normalisée par le test dit de la spirale).

La fonte a une température de fusion allant de 1135 °C à 1350 °C en fonction du pourcentage de carbone qu'elle contient.

La fonte est un précurseur dans la fabrication de l'acier à partir de minerai (hématite) et de coke. C'est l'alliage qui sort du haut-fourneau et qui sera affiné en acier par chauffage (décarburation).

Inconel

L'Inconel est un super alliage contenant principalement du nickel, mais pouvant être allié à plusieurs métaux comme le chrome, le magnésium, le fer, le titane.

Cet alliage est extrêmement résistant à la corrosion. Ses propriétés mécaniques et son apparence se comparent à celui de l'acier inoxydable. Sa résistance mécanique à la traction varie de 690 à 1275 MPa (100 000 à 185 000 psi) selon l'alliage.

Cet alliage entre dans la fabrication de certaines plaques électriques et d'aubages et ses propriétés d'alliage réfractaire le font utiliser pour des éléments de fours (moufle, tablier, supports).

Titane

Le titane, appelé généralement titanium par les gens de l'industrie, est un métal de transition léger, résistant, d'un aspect blanc métallique. Métal entrant dans la composition d'alliages utilisés pour la fabrication de pompes et/ou de leurs composants en raison de ses excellentes caractéristiques mécaniques et de sa résistance à la corrosion le titane présente des caractéristiques physiques remarquables. Sa masse volumique est environ 60 % celle de l'acier et ses propriétés mécaniques restent élevées jusqu'à une température de 1100 oF.

Les alliages de titane sont de plus en plus utilisés dans l'industrie aéronautique, aérospatiale, navale, automobile, pâtes et papiers ainsi que dans le secteur médical.

Le titane apporte des solutions pour l'allègement des structures qui constituent une exigence permanente pour le domaine aéronautique et aérospatial ainsi que pour le transport terrestre.

Acier à outils

Les aciers à outils sont principalement utilisés pour fabriquer des outils servant dans les procédés de fabrication ou d'usinage du métal, du bois et du plastique.

Ces aciers doivent répondre à certains critères tels que : résistance à l'usure, à l'impact, à la chaleur à la corrosion et permettre un haut niveau de polissage. Les différents éléments qui composent l'alliage ainsi que le traitement thermique approprié lui confère des propriétés recherchées.

Les aciers à outils sont regroupés sous différentes classifications :

  • Aciers pour travail froid
  • Aciers résistants aux chocs
  • Aciers rapides
  • Aciers pour travail chaud
  • Aciers pour moules plastiques
  • Aciers fabriqués par la métallurgie des poudres

 

Les alliages

Les aciers alliés sont généralement des alliages contenant un pourcentage de carbone inférieur à 2 % auquel on ajoute d'autres éléments - tels que chrome, nickel, molybdène - afin d'améliorer les propriétés mécaniques (dureté) ou chimiques (résistance à la corrosion).

Un élément métallique forme un alliage avec un ou plusieurs autres éléments quand on obtient, par la solidification d'une phase liquide, un métal qui est macroscopiquement homogène à l'échelle des échantillons pour analyse chimique ou spectrographique.

Les alliages sont utilisés dans la fabrication de composantes de machines ainsi que pour les outillages.