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LES METAUX ET LEURS LES METAUX ET LEURS ALLIAGES ALLIAGES Introduction Les méta

LES METAUX ET LEURS LES METAUX ET LEURS ALLIAGES ALLIAGES Introduction Les métaux sont une classe de matériaux très utilisés dans de nombreux domaines : construction (charpentes métalliques, menuiserie en aluminium), plomberie (tuyaux, robinets), véhicules (du vélo à l'avion), machines industrielles, armement, etc. Les métaux sont également de plus en plus employés dans la plupart des techniques de pointe : accumulateurs électriques , cartes électroniques, écrans plats LCD, capteurs solaires photovoltaïques, lampes fluo-compactes, etc. La consommation des métaux s'est ainsi très La famille des métaux se divise en deux catégories :  les métaux ferreux, dont l’acier et la fonte, forment la majeure partie du groupe, et les métaux non ferreux, plus diversifiés ( aluminium, plomb, cuivre, nickel, zinc et autres ), qui se trouvent en minorité dans la composition des produits finis. L ’acier constitue la presque totalité des ét f t l d d historique historique Au commencement était le fer... Au commencement était le fer... Le fer est l'un des métaux les plus abondants de Le fer est l'un des métaux les plus abondants de la croûte terrestre ( la croûte terrestre (5% pratiquement illimité 5% pratiquement illimité) ) On le trouve un peu partout, combiné à de On le trouve un peu partout, combiné à de nombreux autres éléments, sous forme de nombreux autres éléments, sous forme de minerai. minerai. En Europe, la fabrication du fer remonte à 1 700 En Europe, la fabrication du fer remonte à 1 700 avant J.C. avant J.C. Au début l’élaboration du fer…… Au début l’élaboration du fer…… se faisait en deux étapes: se faisait en deux étapes: chauffage de couches alternées de chauffage de couches alternées de minerai minerai et et de de bois bois (ou de charbon de bois) jusqu'à (ou de charbon de bois) jusqu'à obtention d’une masse de métal pâteuse. obtention d’une masse de métal pâteuse. Martelage à chaud pour la débarrasser de ses Martelage à chaud pour la débarrasser de ses impuretés et obtenir ainsi du fer brut. impuretés et obtenir ainsi du fer brut. Remarque: Remarque: On fabriqua aussi dès le début, une On fabriqua aussi dès le début, une petite quantité d' petite quantité d'acier acier, à savoir du , à savoir du fer enrichi fer enrichi en carbone en carbone. Un matériau qui se révéla à la fois . Un matériau qui se révéla à la fois plus dur et plus résistant plus dur et plus résistant Puis vint la fonte... Au XVème siècle, les premiers "hauts fourneaux"  Production d’un métal ferreux à l'état liquide, la fonte,  fabrication de toutes sortes d'objets (marmites, boulets de canons, chenets, tuyau).  production du fer en abondance par affinage le lingot de fonte était chauffé et soumis à de l'air soufflé, combustion du carbone contenu dans la fonte et écoulement du fer goutte à goutte, formant une masse pâteuse de fer brut.) : Et enfin l'acier …………………… Et enfin l'acier …………………… En 1786, En 1786, définition exacte du trio définition exacte du trio Fer-Fonte-Acier Fer-Fonte-Acier le rôle du le rôle du carbone carbone dans l'élaboration et les dans l'élaboration et les caractéristiques de ces trois matériaux. caractéristiques de ces trois matériaux. Au XIXème siècle, Au XIXème siècle, Inventions des fours Inventions des fours Bessemer, Thomas et Martin Bessemer, Thomas et Martin acier en grande quantité à partir du fer acier en grande quantité à partir du fer le le métal-roi métal-roi de la révolution industrielle de la révolution industrielle. . En quelques décennies, l'acier permit d'équiper En quelques décennies, l'acier permit d'équiper puissamment l'industrie et supplanta le fer puissamment l'industrie et supplanta le fer dans la plupart de ses applications. dans la plupart de ses applications. Propriétés des métaux Les métaux se distinguent en fonction de différentes caractéristiques qui leur confèrent des propriétés spécifiques. Fragilité La fragilité désigne la caractéristique d’un métal qui se brise facilement sous l’effet d’un choc ou d’une déformation. Il se déforme peu ou pas du tout, et se casse facilement. Ductilité À l’opposé, la ductilité représente la capacité d’un métal à se déformer sans se rompre. Il peut être étiré, allongé ou soumis à des forces de torsion. Les matériaux ductiles sont difficiles à casser parce que les fissures ou les défauts créés par une déformation se propagent difficilement. Ténacité La ténacité correspond à la capacité des matériaux à résister aux chocs sans se briser ni s’écailler. Les marteaux et les équipements utilisés pour déformer ou couper des plaques d’acier (matrices, poinçons, etc.) Malléabilité La malléabilité est une caractéristique qui permet au métal de se laisser façonner. Elle réfère à la résistance relative du métal soumis à des forces de compression, comme le forgeage ou le laminage. La malléabilité d’un matériau croît avec l’augmentation de la température Élasticité L ’élasticité désigne la capacité d’un matériel à reprendre sa forme originale après avoir subi une déformation. C’est le cas typique d’un ressort qu’on étire puis qu’on relâche. Dureté La dureté est la capacité d’un corps à résister à la pénétration d’un corps plus dur que lui. Elle se caractérise aussi par sa résistance aux rayures. Le diamant constitue le matériau le plus dur. Les aciers à haute teneur en carbone sont durs, les aciers doux, un peu moins, et l’aluminium est de faible dureté. Résistance à l’abrasion Les matériaux durs présentent aussi une bonne résistance à l’abrasion, c’est-à-dire qu’ils ne s’usent pas facilement par frottement. En termes pratiques, ils sont plus difficiles à meuler Résistance à la corrosion La résistance à la corrosion désigne la capacité d’un matériau à ne pas se dégrader sous l’effet de la combinaison chimique de l’oxygène et du métal. Un métal ferreux résistant à la corrosion ne rouille pas ; c’est le cas des aciers inoxydables et de certains autres aciers d’alliage. Magnétisme Le magnétisme est une propriété caractéristique des métaux ferreux, qui les rend sensibles aux aimants. Caractéristiques thermiques et électriques Dilatation et contraction (ou retrait) thermiques Lorsqu’un matériau est chauffé, il s’étire un peu ; c’est ce qu’on appelle la dilatation. À l’opposé, il subit un raccourcissement sous l’effet du froid ; c’est la contraction ou le retrait . On définit la capacité de dilatation/retrait des métaux par un coefficient coefficient thermique. Point de fusion Le point de fusion indique la température à laquelle un métal passe de l’état solide à l’état liquide. Conductivité La conductivité thermique est la capacité d’un matériau à conduire ou à transférer la chaleur. La conductivité électrique, quant à elle, est définie par la capacité d’un matériau à transmettre l’électricité Les métaux naturels Quelques métaux comme le fer, le cuivre, le zinc, l'étain, l'argent, l'or et le mercure existent à l'état naturel. Ils sont peu utilisés dans leur état d'origine et sont très souvent alliés (d'où le terme " alliage") à d'autres matériaux, métaux ou additifs divers, pour modifier leurs caractéristiques techniques et surtout mécaniques. On distingue :  Les métaux ferreux (fer, fonte, acier) et leurs alliages  Les métaux non ferreux (Al, Zn, Cu, Pb) et leurs alliages Les métaux ferreux et alliages Comme leur nom l'indique, les métaux ferreux contiennent du fer. C'est le cas de la fonte et des aciers. Ils se différencient par leur teneur en carbone. Fer + ( de 2 à 4 % de carbone) Fonte Fer + (moins de 2 % carbone) Acier Fer fonte acier Décarburation Cette différence de teneur en carbone joue sur leur résistance mécanique. L ’acier peut, lui-même, être allié à de nombreux métaux tels que le magnésium le chrome le molybdène le 1. La fonte La fonte est un alliage de fer, et de plus de 2 % de carbone ; dont les propriétés peuvent être modifiées par l'ajout de petites quantités de silicium, de manganèse, de phosphore et de soufre. La fonte est présente sous toutes les formes de lingots, mais elle est principalement utilisée en fonderie, pour la fabrication de pièces moulées. La fonte résiste nettement mieux à la compression qu'à la traction. Par ailleurs, elle est relativement cassante. Les procédés de transformation permettent de raffiner la fonte brute en  fonte grise,  fonte blanche, fonte malléable 2. L ’acier L'acier, c'est du fer additionné de carbone, (taux de ≈ % à 2%). On distingue 2 grandes familles d'acier :  les aciers non alliés (acier doux, semi-dure, dure)  les aciers alliés. ( éléments chimiques autres que le carbone). exemple : 17% de chrome + 8% de Nickel (acier inoxydable). il n'y a pas un acier mais des aciers. (plus de 3 000 nuances) Les principaux types d'aciers alliés sont les suivants: • acier au nickel; • acier au chrome; • acier au nickel-chrome; i i k l h l bdè ELABORATION DE L ’ACIER ELABORATION DE L ’ACIER Il existe deux modes de fabrication Il existe deux modes de fabrication de l'acier selon que celui-ci est produit de l'acier selon que celui-ci est produit à partir du à partir du minerai de fer minerai de fer ou provient ou provient du recyclage des du recyclage des ferrailles ferrailles : uploads/Industriel/ les-metaux-et-leurs-alliages-cours.pdf