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METALLURGIE GENERALE ET CHOIX DES MATERIAUX SOMMAIRE ACIERS ET ACIERS SPÉCIAUX.

METALLURGIE GENERALE ET CHOIX DES MATERIAUX SOMMAIRE ACIERS ET ACIERS SPÉCIAUX....................................................................................7 1 L'ÉLÉMENT FER....................................................................................................................... 7 1.1 Propriétés physiques.......................................................................................................... 7 1.2 Réseau cristallin................................................................................................................. 7 1.3 Caractéristiques mécaniques (à 20°C) ............................................................................... 7 1.4 Corrosion ........................................................................................................................... 8 2 ACIERS PEU ALLIÉS, FORTEMENT ALLIÉS, DÉSIGNATIONS............................................... 8 2.1 Aciers ................................................................................................................................ 8 2.2 Aciers au carbone .............................................................................................................. 8 3 ACIERS SPECIAUX ALLIES ..................................................................................................... 9 3.1 Désignations : NF EN 10027 - 1 ......................................................................................... 9 3.2 Influence des éléments d’alliages sur les propriétés de l’acier............................................10 4 ACIERS SPÉCIAUX DE CONSTRUCTION MÉCANIQUE.........................................................11 4.1 Elaborations......................................................................................................................11 4.2 Usage général...................................................................................................................11 4.3 Cas d’un acier au Cr et Mo : le 34 Cr Mo 4 (EN 1.7220) ....................................................12 4.4 Usages particuliers............................................................................................................14 4.5 Cas d’un acier au Ni, Cr et Mo : Le 14 Ni Cr Mo 13 4 (EN 1.6657).....................................15 4.6 Aciers de nitruration ..........................................................................................................17 4.7 Cas d’un acier Cr, Mo et V : Le 33 Cr Mo V 19 9 (EN 1.7765)............................................17 4.8 Usages particuliers : autres applications............................................................................20 LES ACIERS INOXYDABLES ......................................................................................21 1 ACIERS INOXYDABLES ..........................................................................................................21 1.1 Diagrammes Schaeffler-Delong.........................................................................................21 1.2 Ferritiques (ferromagnétique) ............................................................................................22 1.3 Exemple : X 6 Cr 17 (EN 1.4016 / AISI 430) ......................................................................22 1.4 Martensitiques (ferrromagnétique).....................................................................................23 1.5 Exemple : X30 Cr 13 (EN 1.4028 / AISI 420B)...................................................................24 1.6 Martensitiques à durcissement par précipitation (ferromagnétique)....................................26 1.7 Austénitiques (non ferromagnétique).................................................................................28 1.8 Austéno-Ferritiques (ferromagnétique) – Duplex................................................................30 LES ALLIAGES DE NICKEL .....................................................................................32 1 LE NICKEL ...............................................................................................................................32 2 LES ALLIAGES NICKEL-CUIVRE ............................................................................................33 2.1 Les Monels ......................................................................................................................34 2.2 Les Constantans...............................................................................................................35 2.3 Les cupro-nickels..............................................................................................................35 3 - LES ALLIAGES NICKEL-FER................................................................................................36 3.1 Alliages à caractéristiques magnétiques spéciales.............................................................37 3.2 Alliages utilisés pour leur coefficient de dilatation ..............................................................37 3.3 Alliages ayant des propriétés élastiques spéciales.............................................................37 4 - LES ALLIAGES NICKEL-CHROME.......................................................................................38 4.1 Les alliages binaires Nickel-Chrome..................................................................................39 4.2 Les alliages ternaires Nickel-Chrome-Fer..........................................................................39 4.3 Les superalliages à durcissement structural ......................................................................39 CUIVRE ET SES ALLIAGES ........................................................................................42 1 L'ÉLÉMENT CUIVRE................................................................................................................42 1.1 Propriétés physiques.........................................................................................................42 1.2 Réseau cristallin................................................................................................................42 1.3 Obtention..........................................................................................................................42 1.4 Corrosion ..........................................................................................................................42 1.5 Utilisations ........................................................................................................................43 2 CUIVRE NON ALLIÉ.................................................................................................................43 2.1 Principales nuances - NF A 51-050 ...................................................................................43 2.2 Caractéristiques mécaniques ............................................................................................44 2.3 Particularités du cuivre......................................................................................................44 2.4 Applications ......................................................................................................................44 3 CUIVRES FAIBLEMENT ALLIÉS .............................................................................................44 3.1 Principales nuances..........................................................................................................45 3.2 Cuivre Béryllium................................................................................................................46 3.3 Particularités du cuivre béryllium.......................................................................................47 3.4 Applications ......................................................................................................................47 3.5 Domaines des caractéristiques mécaniques (Rm, Rp0,2) et de conductibilité électrique (% IACS) 47 4 ALLIAGES DE CUIVRE............................................................................................................48 4.1 Désignations : NF A 02 009...............................................................................................48 4.2 Alliages Cuivre-Zinc : laitons .............................................................................................48 4.3 Applications ......................................................................................................................50 4.4 Alliages Cuivre-Étain : bronzes..........................................................................................50 4.5 Alliages Cuivre-Aluminium : cupro-aluminiums ..................................................................52 4.6 Alliages Cuivre-Nickel : cupro-nickels................................................................................53 4.7 Alliages Cuivre-Nickel-Zinc : maillechorts ..........................................................................54 LES ALLIAGES D'ALUMINIUM....................................................................................56 1 DESIGNATIONS NORMALISEES.............................................................................................56 1.1 Tableau des symboles chimiques et métallurgiques ..........................................................56 1.2 Produits de fonderies. .......................................................................................................57 1.3 Produits corroyes (laminés, forgés, filés) ...........................................................................59 2 DESIGNATION DE L’ETAT DE LIVRAISON METALLURGIQUE ET CARACTERISTIQUES....62 2.1 Produits moulés. ...............................................................................................................62 2.2 Produits Corroyés (laminés, forgés, filés). .........................................................................63 3 PROPRIETE DE L’ALUMINIUM................................................................................................66 3.1 Propriétés chimiques et métallurgiques. ............................................................................66 3.2 Structure...........................................................................................................................67 3.3 Corrosion ..........................................................................................................................68 3.4 Utilisation..........................................................................................................................68 4 ELABORATION ........................................................................................................................69 5 L’OBTENTION DE LA PURETE DE L’ALUMINIUM..................................................................71 5.1 Les anodes .......................................................................................................................71 5.2 Le mécanisme de purification............................................................................................71 5.3 Les impurtées ...................................................................................................................72 6 CARACTERISTIQUES PRINCIPALES DES ALLIAGES D’ALUMINIUM...................................76 6.1 L’aluminium non allié.........................................................................................................76 6.2 Les alliages d’aluminium ...................................................................................................78 7 LES CONTROLES NON DESTRUCTIFS DE L’ALUMINIUM ....................................................88 7.1 Dureté suivant le type d’alluminium ...................................................................................88 7.2 Conductibilité électrique suivant le type d’aluminium..........................................................89 LE MAGNESIUM...........................................................................................................90 1 L’ELEMENT MAGNESIUM .......................................................................................................90 1.1 Propriétés physiques à 20°C .............................................................................................90 1.2 Réseau cristallin................................................................................................................90 1.3 Obtention..........................................................................................................................90 1.4 Corrosion ..........................................................................................................................90 2 LE MAGNESIUM NON ALLIE...................................................................................................90 3 ALLIAGES DE MAGNESIUM....................................................................................................91 3.1 Magnésium – Aluminium ...................................................................................................91 4 MAGNESIUM - ZINC.................................................................................................................92 4.2 Applications ......................................................................................................................92 ESSAIS MECANIQUES ET PROPRIÉTÉS PHYSIQUES.............................................93 1 ESSAIS DE TRACTION ............................................................................................................93 1.1 Principe.............................................................................................................................93 1.2 Principales caractéristiques mesurées...............................................................................93 2 ESSAI DE DURETÉ..................................................................................................................94 2.1 Méthode BRINELL (NF A 03.152) .....................................................................................94 2.2 Méthode VICKERS (NF A 03-154) ....................................................................................95 2.3 Méthode ROCKWELL (NF A 03.153) ................................................................................96 2.4 Correspondance entre échelles de dureté .........................................................................97 3 AUTRES ESSAIS .....................................................................................................................99 3.1 Résistance à la rupture fragile (ténacité)............................................................................99 3.2 Résistance à la rupture par fatigue. .................................................................................101 3.3 Résistance à l'usure et frottement....................................................................................102 LA CORROSION.........................................................................................................104 1 INTRODUCTION.....................................................................................................................104 2 QU'EST-CE QUE LA CORROSION DES MÉTAUX ? .............................................................104 3 LES DIFFÉRENTES FORMES DE CORROSION....................................................................105 3.1 Corrosion généralisée ou uniforme dite « atmosphérique »..............................................107 3.2 Corrosion caverneuse ou par aération différentielle .........................................................114 3.3 Corrosion filiforme...........................................................................................................115 3.4 Corrosion par couplage galvanique .................................................................................117 3.5 Corrosion par piqûres......................................................................................................121 3.6 Corrosion intergranulaire ou intercristalline......................................................................123 3.7 La corrosion sélective......................................................................................................124 3.8 La corrosion feuillante.....................................................................................................125 3.9 corrosion sous contraintes ou sous tension .....................................................................125 3.10 La corrosion érosion........................................................................................................126 3.11 La corrosion par cavitation ..............................................................................................129 3.12 La corrosion par frottement (Fretting corrosion) ..............................................................132 3.13 La corrosion par usure ....................................................................................................135 3.14 La corrosion par fatigue...................................................................................................135 3.15 La corrosion sèche..........................................................................................................136 3.16 La corrosion microbienne ou bactérienne ........................................................................139 4 CONCLUSION ........................................................................................................................140 LES DÉPOTS GALVANIQUES OU ÉLECTROLYTIQUES ........................................141 1 PRINCIPE « AU MONTAGE ».................................................................................................141 1.1 Schéma de principe ........................................................................................................141 1.2 Position de la pièce.........................................................................................................141 1.3 Liaison électrique............................................................................................................142 2 PRINCIPE « EN VRAC ».........................................................................................................143 2.1 Les tonneaux ..................................................................................................................143 2.2 Les paramètres à considérer sont les suivants : ..............................................................144 3 LES PRÉPARATIONS DE SURFACES ..................................................................................146 4 TYPES DE DÉPOTS ET PERFORMANCES ...........................................................................146 4.1 Propriétés .......................................................................................................................146 4.2 Densité ...........................................................................................................................147 4.3 Conductivité électrique....................................................................................................147 4.4 Dureté.............................................................................................................................147 4.5 Contraintes internes ........................................................................................................147 4.6 Epaisseur........................................................................................................................147 4.7 Adhérence ......................................................................................................................147 5 CUIVRE ..................................................................................................................................148 5.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................148 5.2 Caractéristiques chimique ...............................................................................................148 5.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................148 5.4 Résistance à la corrosion et à l'oxydation ........................................................................148 5.5 Le cuivre résiste aux milieux suivants :............................................................................149 5.6 Domaines d'utilisation .....................................................................................................149 5.7 Electrolytes .....................................................................................................................150 6 NICKEL...................................................................................................................................151 6.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................151 6.2 Caractéristiques chimiques .............................................................................................151 6.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................151 6.4 Résistance à la corrosion et à l'oxydation ........................................................................151 6.5 Le nickel résiste aux milieux suivants : ............................................................................151 6.6 Domaines d'utilisation .....................................................................................................152 6.7 Recommandation d'emploi..............................................................................................153 6.8 Electrolyte.......................................................................................................................154 7 CHROME ................................................................................................................................155 7.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................155 7.2 Caractéristiques chimiques .............................................................................................155 7.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................155 7.4 Résistance à la corrosion et à l'oxydation ........................................................................155 7.5 Le chrome résiste aux milieux suivants :..........................................................................155 7.6 Domaines d'utilisation .....................................................................................................156 7.7 Recommandation d'emploi..............................................................................................156 7.8 Electrolytes .....................................................................................................................157 8 ZINC .......................................................................................................................................158 8.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................158 8.2 Caractéristiques chimiques .............................................................................................158 8.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................158 8.4 Résistance à là corrosion et à l’oxydation. .......................................................................158 8.5 Le zinc résiste aux milieux suivants :...............................................................................158 8.6 Domaines d'utilisation .....................................................................................................159 8.7 Recommandation d'emploi..............................................................................................159 8.8 Electrolytes .....................................................................................................................162 8.9 ZINC ALLIÉS ..................................................................................................................164 9 CADMIUM...............................................................................................................................165 9.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................165 9.2 Caractéristiques chimiques .............................................................................................165 9.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................165 9.4 Résistance à la corrosion et à l'oxydation ........................................................................165 9.5 Le cadmium résiste aux milieux suivants : .......................................................................165 9.6 Domaine d'utilisation .......................................................................................................166 9.7 Recommandation d'emploi..............................................................................................166 9.8 Électrolytes .....................................................................................................................167 10 ÉTAIN.....................................................................................................................................168 10.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................168 10.2 Caractéristiques chimiques .............................................................................................168 10.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................168 10.4 Résistance à la corrosion et à l'oxydation ........................................................................168 10.5 L'étain résiste aux milieux suivants :................................................................................168 10.6 Domaines d'utilisation .....................................................................................................168 10.7 Recommandation d'emploi..............................................................................................169 10.8 Electrolytes .....................................................................................................................169 11 ARGENT.................................................................................................................................170 11.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................170 11.2 Caractéristiques chimiques .............................................................................................170 11.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................170 11.4 Résistance à la corrosion et à l'oxydation ........................................................................170 11.5 L'argent résiste aux milieux suivants :..............................................................................171 11.6 Domaines d'utilisation .....................................................................................................171 11.7 Electrolyte.......................................................................................................................171 12 OR ..........................................................................................................................................172 12.1 Caractéristiques physiques .............................................................................................172 12.2 Caractéristiques chimiques .............................................................................................172 12.3 Caractéristiques mécaniques ..........................................................................................172 12.4 Résistance à la corrosion et à l'oxydation ........................................................................172 12.5 L'or résiste dans les milieux suivants :.............................................................................172 12.6 Domaines d'utilisation, Electrolyte ...................................................................................173 LES DEPOTS PAR IMMERSION DANS LES METAUX FONDUS.............................174 1 PRINCIPE...............................................................................................................................174 2 PROCÉDÉ DE MÉTALLISATION A CHAUD ..........................................................................174 2.1 Procédé à sec .................................................................................................................175 2.2 Procédé en atmosphère contrôlée...................................................................................175 2.3 Caractéristiques des revêtements de zinc .......................................................................175 2.4 Les différentes épaisseurs de zinc et les différents types d’acier......................................176 2.5 Caractéristiques du revêtement de zinc sur tôles.............................................................179 LES.CONVERSIONS CHIMIQUES............................................................................182 1 LES PHOSPHATATIONS .......................................................................................................182 1.1 Phosphatation amorphe ..................................................................................................182 1.2 Phosphatation au zinc.....................................................................................................184 1.3 Phosphatation au manganèse (immersion)......................................................................186 1.4 Tenue brouillard salin :....................................................................................................187 1.5 Aspect.............................................................................................................................188 1.6 Passivations aprés phosphatations .................................................................................188 2 CHROMATATIONS.................................................................................................................190 2.1 Propriétés des couches chromatées après stabilisation...................................................190 2.2 Couleurs .........................................................................................................................191 2.3 Soudabilité......................................................................................................................191 2.4 Base d'adhérence des peintures .....................................................................................191 2.5 Evaluation au brouillard salin de la résistance à la corrosion............................................191 2.6 L'aluminium.....................................................................................................................192 2.7 Le cuivre.........................................................................................................................192 2.8 Le magnesium ................................................................................................................192 3 LES CONVERSIONS NON CHROMIQUES DES ALLIAGES D’ALUMINIUM..........................192 3.1 Le besoin de remplacement des conversions chromiques. ..............................................192 3.2 Les différentes conversions non chromiques ...................................................................193 3.3 Les conversions Zirconium ou Zirconium + polymère.......................................................193 4 BRUNISSAGE ........................................................................................................................196 5 PASSIVATION SUR INOX ......................................................................................................196 5.1 Rôle des opérations de "dégraissage, décapage, décontamination, passivation" .............196 LES PEINTURES .......................................................................................................203 1 LES PEINTURES LIQUIDES...................................................................................................203 1.1 Les liants ........................................................................................................................203 1.2 Les pigments et charges .................................................................................................206 1.3 Matières de charge .........................................................................................................206 1.4 Diluants et solvants .........................................................................................................207 1.5 Les additifs......................................................................................................................209 2 LES PEINTURES POUDRES..................................................................................................210 2.1 Composition des poudres................................................................................................210 2.2 Les différents types de peinture poudre...........................................................................212 3 CATAPHORESE.....................................................................................................................214 3.1 Introduction.....................................................................................................................214 3.2 Généralités et mécanismes .............................................................................................215 4 LES ORGANO-METALLIQUES (DACROMET).......................................................................219 4.1 Généralités .....................................................................................................................219 4.2 PRINCIPE D'APPLICATION............................................................................................221 "Acier et aciers spéciaux" - 7 - ACIERS ET ACIERS SPÉCIAUX 1 L'ÉLÉMENT FER 1.1 PROPRIETES PHYSIQUES Symbole chimique : …………………………………………………………… ...…….. Fe Point de fusion : .............:................................................................................1538°C Densité : ........................................................................................................d = 7.87 Coefficient de dilatation (entre 100 et 600°C) : ……………….....α = 12.6 à 16.10-6K-1 Conductivité thermique (entre 0 et 800°C) : ...............................λ = 75 à 30 W.m-1.K-1 Résistivité électrique.(20°C) : ...........................................................ρ = 10.10-2 µΩ.m 1.2 RESEAU CRISTALLIN Au-dessus de 1 538°C, le fer pur est à l’état liquide. - Lors d'un refroidissement lent : • Entre 1 538°C et 1 394°C, les atomes de fer s'organisent selon un réseau cristallin cubique uploads/Sante/ mc1-06-metallurgie-generale-et-choix-des-materiaux.pdf