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I République Algérienne Démocratique Et Populaire Université abbès Laghrour-Khe

I République Algérienne Démocratique Et Populaire Université abbès Laghrour-Khenchela Faculté des Sciences et Technologies Départementdes Sciencesde la Matière N d’ordre : .... /2021 MEMOIRE Pour L’obtention De Diplôme De Master Physique Option: Physique Des Matériaux Les Matériaux Métalliques Présenté par: Belkhiri Loukmen Friteh Samir Sous la direction de: Dr.Asma Malki Soutenu:/ 2021 Devant le jury: Président : A. Malki ……… Université de Khenchela Rapporteur : …………… …………. Université de Khenchela Examinateurs : ……………. …………… Université de Khenchela Année Universitaire: 2020/2021 II SOMMAIRE Introduction ……………………………………………….……………………………1 CHAPITRE I COMPOSITION ET STRUCTURE I.1 Structure des métaux………………………..……….……………………………..…………..2 I.1.1Liaison covalente……………………….……………..………………………………………2 I.1.2 Liaison ionique………………………………….……………………………………………2 I.1.3 Liaison métallique……………………………………….…………………………..……….2 I.1.4 Liaison de Van der Waals…………………………………………………..………………..3 I.2 Distance interatomique…………………………………………………………………………4 1.3 Réseau cristallin………………………………………………….……………………………...5 CHAPITRE II ALLIAGE FERREUX Introduction……………………………………………………………………………………….……6 II.1 Le Fer……………………………………………………………………………………………….6 II.1.1 Propriétés physico-chimiques du fer………………………………………………………..6 II.2 Aciers au carbone………………………………………………………………………………..7 II.2.1 procédé industriel de fabrication de l'acier………………………………………………..7 II.3 Les Fonte……………………………………..……………………………………………………7 II.3.1 L'élaboration de la fonte……………………………………………………………………8 II.4 Diagramme D’equilibre Fer Carbone………………………………………………………9 II.4.1 La ferrite α………………………………..………………………………………………..10 II.4.2 L’austénite γ …………………………….………………..……………………………….10 II.4.3 La cémentite (Carbone de fer Fe3C)……………………….…..………………..………10 II.4.4 La perlite………………………………………..………………………………………….10 II.5 Diagramme stable-diagramme metastable…………………………...………………….11 II.6 Les applications industrielles des Métaux ferreux…………………………………....11 III SOMMAIRE CHAPITRE III ALLIAGE NON FERREUX Introduction……………………………………………………………………..……………………12 III.1 L’Aluminium ………………………………………………………………….………………..12 III.1.1 Procédé De Fabrication D’aluminium……………………………………...……………..13 III.1.2 Propriétés physico-chimiques de aluminium......................................................................14 III.1.3 Le diagramme d'aluminium………………………………..……………………...…..……14 III.1.4 Applications…………………………………………………………………………………15 III.2 Le Magnésium………………………………………………………………………………….15 III.2.1 Propriétés physico-chimiques du magnesium……………………………………………15 III.2.2 L’utilisation du magnesium……………………………………………………………….16 III.2.3 Applications………………………………………………………………………………..16 III.3 Le Cuivre ………………………………………………………………………………………..17 III.3.1 Propriétés physico-chimiques du Cuivre………………………………………………...17 III.3.2 Le Laiton……………………………………………………………………..……………..17 III.3.3 Le bronze……………………………………..………………………………..……………18 III.2.3 Applications………………………….……………………………………………………..18 III.4 Le nickel………………………………………………………………………………………….18 III.4.1 Propriétés physico-chimiques du nickel ………………………………………………...19 III.4.2 Applications………………………….……………………………………………………..19 Références……………………………………………………………………………………………...20 IV LISTE DES FIGURES CHAPITRE I COMPOSITION ET STRUCTURE Figure I.1. Quatre types de liaisons.................................................................................................3 FigureI.2 Définition du repère cristallographique et caractéristiques des mailles des sept systèmes cristallins primitifs et des quatorze réseaux de Bravais……………………………………………………….……………………………...……………5 CHAPITRE II ALLIAGE FERREUX Figure II.1 – Diagramme Fe-C…………………………………………………….……………..9 Figure II.2- Diagramme metastable Fe3-C………………………………………………..…10 CHAPITRE III ALLIAGE NON FERREUX Figure III.1 Diagramme Al – Si…………………………………………………..…………….14 LISTE DES TABLEAUX CHAPITRE III ALLIAGE NON FERREUX Tableau III.1 international Aluminum Institute.....................................................................12 Tableau III.2 – Domaine d’utilisation du magnésium........................................................16 Introduction 1 Le petit Larousse nous enseigne que la préhistoire s’étend sur presque tout le quaternaire jusqu’au début de l’âge des métaux. De la métallurgie, Rousseau dit qu’elle fut, avec l’agriculture, la cause de la civilisation et de la perte du genre humain. Plus spécifique, Diderot écrit dans l’Encyclopédie : « Métallurgie, c’est ainsi que l’on nomme la partie de la chimie qui s’occupe du traitement des métaux et des moyens de les séparer des substances avec lesquelles ils sont mêlés et combinés au sein de la terre, afin de leur donner l’état de pureté qui leur est nécessaire pour pouvoir servir aux différents usages de la vie ». Du métal, plusieurs dictionnaires donnent pour définition « corps simple doué d’un éclat particulier, appelé éclat métallique, conduisant bien la chaleur et l’électricité et qui possède en outre la propriété de donner, en se composant avec l’oxygène, un oxyde basique ». Pendant longtemps, le développement de la métallurgie a eu pour objectif l’extraction de minerai et l’élaboration d’alliages en vue d’applications précises. À titre d’illustration, rappelons que l’imprimerie n’a pas été inventée par Gutenberg. Mais que celui-ci, issu d’une famille d’orfèvres, a élaboré l’alliage plomb-antimoine-étain, qui permit la réalisation pratique de la composition par caractères mobiles. les matériaux métalliques, faisant intervenir une liaison métallique : matériaux durs, rigides et déformables plastiquement. Ce sont des métaux ou des alliages métalliques : fer, acier, aluminium, cuivre, bronze, fonte, etc. Dans cette recherche Nous étudions les Matériaux métalliques Et quelques propriétés qui y sont liées chapitre I Composition Et Structure 2 I. Structure des métaux Les solides, quels qu’ils soient, sont formés d’atomes liés entre eux par des forces sur lesquelles nous reviendrons. Rappelons d’abord que les atomes sont constitués d’un noyau central chargé positivement, autour duquel gravitent des électrons négatifs. Ces derniers sont organisés en différentes couches en général complètes à 8 électrons sauf la dernière. Nous noterons que l’état le plus stable est atteint lorsque cette dernière couche contient, elle aussi, 8 électrons. I.1.1 Liaison covalente a liaison covalente est caractérisée par la mise en commun entre atomes d’un ou de plusieurs électrons de façon à compléter leur couche extérieure à 8 électrons.Par exemple (figure 1.1), l’atome de chlore possède 7 électrons sur sa couche exté-rieure : la mise en commun d’un électron de chaque atome entraîne une liaison covalente entre deux atomes. Autre exemple, le germanium possédant 4 électrons périphérique combine avec 4 autres atomes de germanium : chacun mettra en commun un electron périphérique de façon à compléter toutes les couches extérieures à 8.Ces liaisons covalentes sont fortes et directionnelles I.1.2 Liaison ionique Les atomes liés par des liaisons ioniques perdent ou gagnent un ou plusieurs electron spériphériques pour compléter leur couche extérieure à 8. Ils deviennent ainsi des ionspositifs ou négatifs ; la liaison résulte de l’attraction entre les ions de charges opposées.Par exemple, dans le cas du fluorure de lithium LiF, l’atome de lithium perd son electron périphérique qui vient compléter la couche externe du fluor (figure 1.1).Cette liaison ionique est encore une liaison forte. C’est le cas de nombreux composéstels que les oxydes métalliques, comme Al2O3, MgO, CaO, etc 1.1.3 Liaison métallique La liaison métallique (figure 1.1) se caractérise par la mise en commun des électrons de liaison qui sont répartis dans l’ensemble du réseau d’ions. Ainsi, les métaux sont constitués chapitre I Composition Et Structure 3 d’ions occupant des positions déterminées, formant un réseau et baignant dans un« nuage électronique ».La position des ions résulte des forces d’attraction et de répulsion électrostatiques quis’exercent entre ces ions positifs et le nuage électronique délocalisé.Il s’agit d’une liaison moyennement forte. On comprendra ce pendant que, compte tenude la « flexibilité » du nuage électronique, qui peut se déplacer à l’intérieur de la structure,cette dernière est assez souple. En effet, s’il manque localement un ou plusieurs ions, la structure sera préservée, le nuage électronique s’adaptant pour maintenir les liaisons desautres ions. Nous verrons que cette propriété est à la base du comportement des maté-riaux métalliques I.1.4 Liaison de Van der Waals Dans beaucoup de molécules à liaisons covalentes, le centre des charges positives n’est pas confondu avec celui des charges négatives ; il y a déformation des orbites externes.Cela donne lieu à la formation de dipôles (figure 1.1). La liaison de Van der Waals est due à l’attraction de ces molécules polarisées.C’est, au contraire des précédentes, une liaison de faible intensité. Ce sont ces liaisons faibles qui, par exemple, relient entre elles les macromolécules par reticulation. Figure 1.1 – Quatre types de liaisons. chapitre I Composition Et Structure 4 I.2 Distance interatomique On peut attribuer à un atome un volume d’encombrement correspondant à une sphère de rayon atomiquea. Ce volume n’est pas rigide, car les liaisons que l’atome constitue avec ses voisins immédiats peuvent entraîner une interpénétration limitée des nuages électroni-ques. La distance d entre deux atomes identiques voisins ne descend jamais au-dessous d’une limite de l’ordre de d=1,2 a. Inversement, les forces d’interaction deviennent négligeables lorsque la distance d entre les deux atomes considérés devient supérieure à trois à quatre fois leur diamètre 2a ans un solide amorphe, aucun des plus proches voisins d’un atome Dans un solide amorphe, aucun des plus proches voisins d’un atome donné n’est strictement à la même distance d de celui- ci. 1.3 Réseau cristallin C’est un ensemble tridimensionnel de points imaginaires, les nœuds,disposés de manière périodique dans les trois directions de l’espace Il peut être généré par répétition, un nombre entier de fois, de trois vecteurs de base qui définissent une maille élémentaire du réseau d’origine arbi- traire. Les nœuds du réseau sont donc tous les points de l’espace de coor-données entières dans la base choisie Les nœuds s’ordonnenten rangées et en plans réticulaires. Un nombre infini de possibilités existe pour le choix de la maille élémentaire et de ses trois vecteurs de base (longueurs a, b, c, angles α β, γ). chapitre I Composition Et Structure 5 figure 1.2 Définition du repère cristallographique et caractéristiques des mailles des sept systèmes cristallins primitifs et des quatorze réseaux de Bravais. chapitre II Métaux ferreux 6 Introduction Les alliages à base de fer, à de rares exceptions près, contiennent tous du carbone comme élément d’alliage et en proportions diverses. Ainsi, les aciers titrent moins de2 % de carbone ; les fontes, au contraire, contiennent plus de 2 % de carbone. Dans ces deux cas peuvent être ajoutés d’autres éléments d’alliage en quantités très diverses,sous réserve que l’élément fer reste le plus important. II.1 Le Fer Le fer est l'élément chimique de numéro atomique 26, de symbole Fe. Le corps simple est le métal et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, le plus souvent sous forme d'alliages divers. Le minerai de fer est une roche contenant du fer, généralement sous la forme d'oxydes, comme l'hématite. (Fe2O3) II.1.1Propriétés physico-chimiques du fer Point de fusion : θf=1538 °C Masse volumique : ρ= 7 870 kg/m3 Conductivité thermique : λ= 30 à 75 W · m– 1K– 1 Résistivité électrique : ρ= 0,104 μΩ·m - Jusqu'à uploads/Ingenierie_Lourd/ les-materiaux-metalliques 1 .pdf