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Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 1

Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 1 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE GENERALITES ET CARACTERISTIQUES Indice Date Nature de la modification Pages Modifiées / A B C 12/11/12 04/11/13 27/11/15 23/11/17 Création du document Ajout et modifications diverses Ajout formule chimique + infos sur produits plats Ajout de l’élaboration de l’alu, symboles chimiques des TD, des efforts de RDM et des propriétés de soudabilité et usinabilité 2-7-8-12 4-5 6, 8, 13 et 14 Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 2 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE 2) GENERALITES Les matériaux utilisés en construction mécanique industrielle sont choisis pour répondre à une fonction technique bien définie. Suivant les cas, on utilisera des matériaux spécifiques en fonction de leurs caractéristiques (métallurgiques, mécaniques, physiques, chimiques, …) et leurs procédés d’élaboration. Quatre grands types de matériaux sont utilisés en fabrication industrielle : - Métaux : Ferreux : Non ferreux : - Matières plastiques : - Matériaux composites : - Céramiques : Jante de voiture en métal Toile composite Bouteille plastique Volets de tuyère du Rafale en céramique Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 3 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE 2) ORIGINE DES MATERIAUX 2.1) LES METAUX Les métaux sont des corps purs simples, solides aux températures habituelles (sauf …………….......) dotés de propriétés commodément utilisées en mécanique. Le produit de base est le minerai qui est une combinaison chimique entre un métal et un gaz (oxygène – chlore) ou un autre corps solide non métallique (soufre – carbone…), le tout enrobé et mélangé à des produits inutiles terreux appelés la gangue. 2.1.1) METAUX GENERALEMENT UTILISES Dans le domaine de la mécanique traditionnelle, on utilise particulièrement les métaux suivants : - le fer : sous forme de fonte ou acier, Clé en ………….. Plaque d’égout en …………… - le cuivre, Les câbles électriques les tuyaux pour pour …………………. …………………. Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 4 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE - l’aluminium. Les ………………… Les pièces techniques ………… 2.1.2) L'ELABORATION DES FONTES ET ACIERS La fonte est élaborée dans un "haut-fourneau", grande cheminée de 30 m de hauteur et 10 m de diamètre, où l'on dissocie par la chaleur les oxydes de fer du minerai. Cette chaleur est produite par la combustion du "coke" métallurgique, charbon grossier, qui est essentiellement composé de carbone. FeO + C → ………………………. Après que : Fe3O4………………………….. Le fer se recompose avec le carbone. On obtient alors la fonte de première fusion. 2.1.3) FONTE-ACIER A partir de la fonte de première fusion, on obtient une fonte de deuxième fusion dont la teneur en carbone est de habituellement 2 à 6 % et un produit "décarburé" partiellement qui est l'acier dont la teneur en carbone est généralement de 0.05 à 1.8 %. Afin d'améliorer les caractéristiques mécaniques de ces aciers courants, on ajoute des éléments d'alliage comme le chrome, le nickel, le molybdène... On obtient les aciers alliés. Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 5 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE LA TRANSFORMATION DE L’ACIER Filière .......……………… Filière .......……………… …………………………….. ……………………………. Produits plats laminés à chaud ou relaminés à froid => Plaque : ép.10 à 25 ou tôle en bobine : ép. 1 à 10 => Feuille ou Feuillard ép. 200 à 300 Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 6 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE TABLEAU D'ELABORATION DES FONTES ET ACIERS Minerai Fonte + Fonte 1ère fusion …. Acier Aciers courants 2ème fusion Aciers pour traitement thermique Aciers alliés SCHEMA : Différence fondamentale FONTE - ACIER 0.02 2 6.6 Pourcentage en carbone ACIERS FONTES …………. 2.1.4) L'ELABORATION DE L’ALUMINIUM L'aluminium est principalement extrait de la bauxite où il est présent sous forme d'oxyde hydraté dont on extrait l'alumine (………….), mais il peut également être extrait d'autres minéraux tels que la néphéline, la leucite,... L'aluminium commercialement pur possède, à l'état recuit, des propriétés mécaniques faibles. On peut toutefois améliorer considérablement ces propriétés par écrouissage, addition d'éléments d'alliage ou traitements thermiques, selon les cas. Ses principaux secteurs d’activité sont : les transports, la construction, l’électricité, … Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 7 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE 2.2) LES MATIERES PLASTIQUES Les matières plastiques sont obtenues par association d'un constituant de base (résine ou polymère) à des additifs (charges, stabilisants, plastifiants...) et des adjuvants (colorants, anti UV, fongicides...). On distingue deux catégories de matières plastiques : les thermoplastiques et les thermodurcissables. 2.2.1) LES THERMOPLASTIQUES Une matière est thermoplastique lorsqu'elle se ramollit sous l'effet de la chaleur et qu'elle durcit sous l'action du refroidissement. Ce cycle peut être répété indéfiniment sous réserve de ne pas dépasser la température de dégradation. Le granulé ou la poudre avant transformation se trouve dans un état chimique stable et définitif : pas de modification chimique lors de la transformation. La solidification s’effectuera par refroidissement et la forme obtenue peut être modifiée par l’action de la chaleur (rebroyé utilisable). De nombreux procédés de transformation existent, l’injection étant le plus utilisé devant ……………………………. Applications dans le domaine électroménager, jouets, intérieur et extérieur automobile, … Exemples de thermoplastiques : - les styréniques : - les vinyliques : - les polyamides : - les polyoléfines : - les polyesters : - les cellulosiques : - les acryliques, … - Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 8 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE 2.2.2) LES THERMODURCISSABLES Ils peuvent être transformés par la chaleur ou par d'autres moyens tels que radiation, catalyseurs, etc. en un état essentiellement infusible et insoluble. L'opération est irréversible et le recyclage des déchets est impossible. Les matières plastiques thermodurcissables sont des matières qui durcissent sous l'action de la chaleur. Applications dans le domaine électrique, thermique, peintures, colles, … Exemples de thermodurcissables : - les phénoliques : PF - les aminoplastes : UF - les époxydes : EP ( - les polyesters : UP - les polyuréthannes : - les silicones : Bouclier automobile Poignée de casserole 2.3) LES MATERIAUX COMPOSITES Un matériau composite résulte de l'assemblage de deux constituants non miscibles à structure différente. Les qualités de chacun d'eux se combinent et se complètent pour former un matériau hétérogène dont les caractéristiques globales sont meilleures que celles de ses composants. Les constituants du matériau composite sont : - le renfort, composé en général de fibres à haute résistance (……. ………………………..). Judicieusement implanté, il constitue l'âme de la pièce et en supporte les efforts. - la matrice, qui assure le lien entre les différents constituants, répartit les efforts et protège les renforts. A : renfort Coque de bateau en B : matrice matériau composite Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 9 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE 2.4) LES MATERIAUX CERAMIQUES Les matériaux céramiques sont constitués de phases inorganiques et non métalliques, non totalement vitreux et généralement consolidés par frittage d’un compact pulvérulent mis sous la forme de l’objet voulu. Souvent considérés comme appartenant à une même grande famille de matériaux, céramiques, verres et liants hydrauliques peuvent être distingués par l’ordre des étapes : état de poudre, mise en forme et cuisson : Les céramiques : Les verres : Les liants Hydrauliques : CLASSES DE CÉRAMIQUES Ces composés qui contiennent à la fois des éléments métalliques (Al, Mg, Zr…) et non métalliques (O, N, C, B…), donnent ainsi des carbures, des oxydes, des nitrures, des borures… pour lesquels les liaisons interatomiques sont soit covalentes, soit ioniques, soit dans un état intermédiaire. Plus le caractère covalent de la liaison augmente, plus la température de fusion ou de décomposition, la résistance à la corrosion, le module d’élasticité et la dureté augmentent et le coefficient de dilatation diminue. Les matériaux céramiques sont en général durs et fragiles à la rupture tout en se caractérisant parfois par des résistances mécaniques très élevées. ….... Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 10 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE 3) CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX Le choix des matériaux constituant les pièces mécaniques s'effectue en fonction : - des actions mécaniques subies par la pièce (traction, flexion, cisaillement, ...), - des propriétés chimiques (résistance à la corrosion, à la température, …), - des propriétés physiques (masse volumique, conductibilité thermique, électrique, etc.), - du prix de revient et des possibilités d'obtention des ébauches Le choix doit permettre de garantir : solidité, fiabilité et une production économique. La solidité est la qualité d'un produit capable de résister à l'usure. La fiabilité définit une probabilité de fonctionnement pendant une période définie (1 mois, 5 ans...). 3.1) PRINCIPALES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET CHIMIQUES Résistance à la corrosion Aptitude à résister à la corrosion par l'oxygène de l'air (oxydation) et par les agents chimiques. L'oxydation des métaux ferreux se nomme : …………………… Il existe de nombreuses possibilités pour augmenter la résistance à la corrosion des métaux ferreux : …………………………………..………………………………….. …………………………………..………………………………….. …………………………………..………………………………….. Mécanique CBM Les matériaux Généralités et caractéristiques - Ressources Page 11 AFPI / Cyril BAILLY-MAITRE Conductibilité thermique Importante dans les échanges thermiques. Application : le radiateur en fonte 1. 2. 3. 4. Conductibilité électrique Fondamentale en construction électrique. uploads/s3/ mat-generalites-ressource-okk.pdf