DESIGNATION ET PROPRIETESDESIGNATION ET PROPRIETES DES MATERIAUXDES MATERIAUX CHANTELOT Pierre
[email protected] IUP-GSI/M1 Projet: Guidon de moto Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 2 Elastomères (caoutchouc, silicones..) Polymères, Thermoplastiques (polystyrene,polyéthylène,PVC Thermodurcissables (Résines) Mousses (polystyrène expansé) Bois Soie Matériaux Naturels Coton, Cuir Papier Matrice céramique Matériaux Composites Matrice métallique Matrice polymère Verres Bétons Céramiques, Verres Céramiques techniques (alumine, diamant,..) Porcelaine Aciers Aluminium Or Métaux et alliages Bronze Fontes ……... On estime entre 100000 et 150000 matériaux disponibles pour l’ingénieur, de nouveaux apparaissent tous les ans. Les grandes classes de matériaux Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 3 DifficileFacileMoyenneFacileFacilité d’assemblage Facile (grande diffusion) Moyenne dépendant de la forme Très facileDifficile (technique)FacileFacilité de mise en forme Faible / très faibleBonne / très bonneConduction de l’électricité FaibleFaible / très faibleMoyenne / faibleBonne / très bonneConduction de la chaleur MoyenneMoyenneBonne / très bonneMoyenne / mauvaiseTenue aux agressions chimiques MoyenneMoyenne / faibleHaute / très hauteMoyenne / hauteTempérature d’utilisation Très tenacePeu tenaces mais grande énergie absorbée Très fragileTrès tenaceTolérance aux défauts et aux chocs ElevéeMoyenne / faibleTrès élevée (compression) ElevéeRésistance Mécanique ElevéMoyen / faibleTrès élevéElevéModule d’Elasticité Faible (grande diffusion) ElevéFaible / élevéElevé (techniques)Faible / élevéPrix Moyenne / faibleFaible / très faibleMoyenneMoyenne / élevéeDensité CompositesPolymèresCéramiquesMétaux Les grandes classes de matériaux Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 4 • 90 % en masse de la production mondiale de matériaux métalliques. • Les alliages ferreux se prêtent facilement à une production en masse, ils sont bon marché et on peut les acquérir sous des formes très variées grâce à la diversité des traitements thermiques et des éléments d’addition. Ils ont un fort module d’élasticité et une forte limite élastique. •Nous pouvons distinguer : – les aciers d’usage général – les aciers de traitement thermique – les aciers à outils – les aciers inoxydables – les fontes Les alliages à base de fer Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 5 Les matériaux métalliques, comme leur nom l’indique, comportent des liaisons essentiellement métalliques, c’est-à-dire en partie assurées par des électrons délocalisés. Ces derniers sont responsables des bonnes propriétés de conductivité thermique et électriques des métaux. Les métaux sont généralement paramagnétiques voire ferromagnétiques. Leur température de fusion et de vaporisation sont en général élevées. Les métaux sont pour la plupart ductiles et relativement tenaces et l’association de leur ténacité et de leur ductilité est un atout majeur pour leur mise en forme. Par contre, après mise en forme, on peut facilement donner aux alliages métalliques une bonne résistance mécanique par des traitements thermiques appropriés grâce à la précipitation de phases durcissantes (durcissement structural. Du fait de leur plasticité, leur tenue à la fatigue peut poser des problèmes et ils sont de plus souvent sensibles à la corrosion. Enfin, les métaux sont en général des matériaux lourds et denses ce qui est parfois un handicap. Les propriétés des métaux Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 6 Diagramme Fer-Carbone Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 7 I.I. Les fontesLes fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 8 • Les fontes sont des alliages de fer et de carbone où la proportion de carbone est comprise entre 2,5 % et 6 %. • Les fontes sont obtenues dans des hauts-fourneaux par le traitement d'un mélange de minerai de fer, de coke et d'éléments d'addition appelés fondants. • Les fontes dont en général peu malléables et très dures mais offrent une excellente coulabilité. • Fontes blanches, fontes austénitiques, etc. •Les fontes peuvent également être alliées. •Très employées, les fontes servent notamment à la réalisation de pièces telles que des pompes, des bâtis de machines-outils, des flasques, etc. I- Les fontes Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 9 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 10 I- Les fontes Structure de fonderie alliage d’aluminium coulé dans un godet, les grains se sont développés à partir des surfaces vers le centre du godet Aube de turbine réalisée par fonderie avec un front de solidification contrôlé. Les grains ont un axe principal aligné avec celui de l’aube Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 11 Microstructure d'une fonte blanche Microstructure d'une fonte à graphite sphéroïdal I- Les fontes Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 12 •Pour les fontes à graphite lamellaire -Pour R =150 à 300 : Très bonne usinabilité; bonne aptitude à être coulée; bonne résistance à l'usure par frottement; bonne étanchéité. -Pour R =350 à 400 : Bonnes caractéristiques mécaniques et frottantes. •Pour les fontes à graphite sphéroïdal -Pour R =350 à 600 : Très bonne usinabilité; bonne capacité d'amortissement aux vibrations; très grande ductibilité ; grande résilience. -Pour R =700 à 900 : Bonne résistance à l'usure. •Pour les fontes malléables : à cœur noir (MB) et à cœur blanc (MW). -Pour R = 380 à 450 : très grande ductilité; perméabilité magnétique élevée; excellente usinabilité. I- Les fontes Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 13 NF A 32-101 NF A 32-401 NF A 32-702 NF A 32-701 NF A 32-201 NF A 32-301 Anciennes Normes Tableau de correspondance de l’ancienne désignation I- Les fontes Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 14 I.1- Les fontes blanches Les fontes blanches sont désignées par le symbole FB suivi des symboles chimiques des éléments d'addition accompagnés de leur teneur. Ex : EN- FB Cr12 Mo Ni Cette fonte blanche (FB) est alliée avec 12 % de chrome (Cr12) des traces de molybdène (Mo) et des traces de Nickel (Ni). Remarque : Si un élément n'est pas suivi d'une valeur indiquant sa teneur, c'est que l'alliage ne contient que quelques traces (moins de 1 %) de cet élément. Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 15 I.1- Les fontes blanches Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 16 Les fontes à graphite lamellaire sont désignées par le symbole FGL suivi de la valeur minimale de la résistance à la traction exprimée en MPa. Ex : FGL 250 NF A 32-101 EN- GJl-250 NF EN 1580 Cette fonte à graphite lamellaire (FGL) possède une résistance minimale à la rupture par extension R min 250MPa. I.2- Les fontes FGL Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 17 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 18 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 19 Les fontes à graphite sphéroïdal sont désignées par le symbole FGS suivi de la valeur minimale de la résistance à la traction exprimée en MPa suivi d'un tiret et de la valeur minimale de l'allongement exprimé en pourcentage. Ex : FGS 600-3 NF A 32-101 EN-GJS 600-3 Cette fonte à graphite sphéroïdal (FGS) possède une résistance à la traction d'au moins 600 Mpa (600) et une valeur minimale d'allongement de 3 % (3). I.3- Les fontes FGS Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 20 •Fontes austénitiques à graphite lamellaire Les fontes austénitiques à graphite lamellaire sont désignées par le symbole FGL suivi des symboles chimiques des éléments d'addition accompagnés de leur teneur. Ces éléments sont classés par ordre décroissant de leur teneur. Ex : FGL Ni30 Si5 Cr3 Cette fonte austénitique à graphite lamellaire (FGL) est alliée à 30 % de nickel (Ni30), 5 % de silicium (Si5) et 3 % de chrome (Cr3) •Fontes austénitiques à graphite sphéroïdal Les fontes austénitiques à graphite sphéroïdal sont désignées par le symbole FGS suivi des symboles chimiques des éléments d'addition accompagnés de leur teneur. Ces éléments sont classés par ordre décroissant de leur teneur. Ex : FGS Ni13 Mn7 Cette fonte austénitique à graphite sphéroïdal (FGS) est alliée à 13 % de nickel (Ni13) et 7 % de magnésium (Mn7). I.4- Les fontes austénitiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 21 I.4- Les fontes austénitiques Fonte à graphite sphéroïdal (ductile) Fe-3.52C-2.51Si-0.49Mn-0.15Mo-0.31Cu wt%. Nodules de graphite (noir) dans une matrice bainitique (austénitisation à 950°C, trempe et maintien à 350°C pendant 64min) Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 22 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 23 •Fontes malléables à graphite nodulaires ferritiques ou perlitiques Ces fontes sont désignées par le symbole MN suivi de la valeur minimale de la résistance à la traction exprimée en MPa (MégaPascal) suivi d'un tiret et de la valeur minimale de l'allongement exprimé en pourcentage. Ex : MN 350-10 Cette fonte malléable à graphite nodulaires ferritiques ou perlitiques (MN) possède une résistance à la traction d'au moins 350 Mpa (350) et une valeur minimale d'allongement de 10 % (10). •Fontes malléables à cœur blanc Ces fontes sont désignées par le symbole MB suivi de la valeur minimale de la résistance à la traction exprimée en MPa suivi d'un tiret et de la valeur minimale de l'allongement exprimé en pourcentage. Ex : MB 400-10 EN-GJMW 400-10 Cette fonte malléable à cœur blanc (MB) possède une résistance à la traction d'au moins 450 MPa (450) et une valeur minimale d'allongement de 7 % (7). I.5- Les fontes malléables Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 24 I.I. Les fontes II.II. Les aciers Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 25 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 26 II.Les aciers Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 27 II.Les aciers Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 28 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 29 Les aciers : NF EN 10025, IC 10, NF EN 10027 Alliages de fer et de carbone élaborés à partir de la fonte dans des convertisseurs Bessemer ou des fours Martin. Un acier c'est du fer avec 0.05 à 1.67% de carbone. On divise les aciers en : •.Aciers non alliés d'usage général désignés selon l ’emploi. •Aciers non alliés (TT) •Aciers faiblement alliés : Aucun élément d'addition n'atteint la teneur de 5%. (TT) •Aciers fortement alliés : Un élément d'addition, au moins, atteint la teneur de 5%. (TT) Symboles placés en suffixe: • M: moulable • S: soudable • TS: trempe superficielle • NE: non effervescent • DF: déformation à froid • AF: forgeage II.Les aciers Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 30 II.Les aciers – Diagramme Fer-Carbone Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 31 II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 32 II.Les aciers – Diagramme Fer-Carbone Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 33 II.Les aciers – Diagramme Fer-Carbone C 10 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 34 II.Les aciers – Diagramme Fer-Carbone C 150 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 35 II.Les aciers – Diagramme Fer-Carbone Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 36 II.Les aciers – Diagramme TRC 25CrMo4 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 37 II.Les aciers – Diagramme TTT 25CrMo4 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 38 La cémentation La cémentation est un procédé consistant à augmenter la dureté de surface d'un acier par diffusion de carbone. La nitruration La nitruration est un procédé consistant à augmenter la dureté de surface d'un acier par diffusion d'azote. La carbonitruration La carbonitruration est un procédé consistant à augmenter la dureté de surface et la résistance à l'usure d'un acier par diffusion simultanée d'azote et de carbone. La sulfonitruration La sulfonitruration est un procédé consistant à augmenter la dureté de surface et la résistance à l'usure d'un acier par diffusion simultanée d'azote et de soufre. Les produits traités ont une bonne résistance à la corrosion. La chromisation La chromisation est un procédé consistant à augmenter la dureté de surface et la résistance à la corrosion d'un acier par diffusion de chrome. La boruration La boruration est un procédé consistant à augmenter la dureté de surface et la résistance à l'usure d'un acier par diffusion de bore. Les produits traités ont une dureté exceptionnelle mais la couche est assez fragile. La shérardisation La shérardisation est un procédé consistant à augmenter la résistance à la corrosion d'un acier par diffusion simultanée de zinc. II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 39 Nom Influence Matériaux Coût /durée Cémentions Ajout de carbone Acier Carbonne < 0,25% 900°C - Rectifié après traitement Carbonitruration Ajout d’azote et carbone Acier Carbonne < 0,25%Acier non allié 600°C – 850 °C - Rectifié après traitement Nitruration Ajout azote en présence d’ammoniacTénacité -- Endurance -Ductilité ‾- Acier trempé + revenuAcier au chrome + aluFonte 500°C - 50h pour 0,5mm Chromisation Ajout de chromeTénacité -- Endurance -Ductilité‾- Oxydation ‾ Acier avec faible ou fort % de carbone Broruration Ajout de BoreTénacité Tout acier Sulfinuration Endurance Métaux ferreux 575°C - 0,2mm à 0,3mmAucune reprise d’usinage Zingage Ajout de zincOxydation ‾ Tout matériaux ferreux Nom Influence Matériaux Coût /durée Trempe Ténacité, ductilité- Carbonne > 0,25% 900°C - Refroidi à l'air, eau, huile Revenu Atténue l’effet de la trempe Carbone >0,25% Entre 600°C et 200°C Recuit Supprime les contraintes et l’effet de la tempe Carbone >0,25% 850°C à 200°C de 30mn à 30h00 II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 40 Le recuit Le recuit consiste en : •Chauffer la pièce à une température déterminée dite température de recuit. •Eventuellement à maintenir cette pièce à cette température pendant un temps donné. •Un refroidissement progressif à l'air calme. Le recuit permet notamment d'éliminer ou réduire les contraintes du métal lié à une action antérieure (déformation, soudure, etc.) ou un traitement thermique antérieur (trempe, etc.) ou de provoquer la formation d'une structure favorable à une action ultérieure (déformation, usinage, etc.) ou un traitement thermique ultérieur. La trempe La trempe consiste en : •Chauffer la pièce à une température déterminée. •Refroidir brutalement la pièce en la plongeant dans de l'eau (trempe à l'eau) ou de l'huile (trempe à l'huile) ou à l'air soufflé. Une trempe permet d'obtenir des aciers très durs mais cassants. Elle est généralement suivie d'un revenu. Remarque : Il est possible de réaliser des trempes "locales" ne s'appliquant qu'à une partie d'une pièce. II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 41 II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 42 II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 43 Le revenu Un revenu consiste en : •Chauffer la pièce à une température déterminée (inférieure à la température de trempe). •Eventuellement à maintenir cette pièce à cette température pendant un temps donné. •Un refroidissement progressif à l'air calme. Une revenu permet d'atténuer les effets de la trempe en rendant la pièce plus ductile. II.Les aciers - Traitements thermiques www.otua.org/traitement-thermique/intro.htm Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 44 II.Les aciers - Traitements thermiques Revenu après trempe d’un acier : influence de la température Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 45 II.Les aciers - Traitements thermiques Variation de l’usinabilité en fonction du traitement des oxydes et influence du soufre Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 46 II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 47 II.Les aciers - Traitements thermiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 48 II se compose donc: •de carbone qui augmente la trempabilité de l'acier. •de silicium qui réduit la limite élastique •de manganèse qui améliore la désulfuration et la désoxydation •de phosphore qui constitue une impureté nocive (augmente la fragilité de l'acier) •de soufre lui aussi nuisible (fragilise à froid) À ces principaux composants s'ajoute selon les cas, de 1'oxygène (qu'il faudra éliminer car nuisible pour la forgeabilité), de l'hydrogène ( à éliminer car il crée des criques), de l'azote. II.Les aciers – Eléments d’adition – (non alliés) Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 49 II.1- Les aciers non alliés d ’usage général Lettre Signification de la lettre Signification du nombre S Acier de construction (d'usage général) Valeur minimale de la limite d'élasticité en N/mm² P Acier pour appareil à pression Valeur minimale de la limite d'élasticité en N/mm² L Acier pour tube de conduite Valeur minimale de la limite d'élasticité en N/mm² E Acier de construction mécanique Valeur minimale de la limite d'élasticité en N/mm² B Acier à béton Valeur minimale de la limite d'élasticité en N/mm² Y Acier pour béton précontraint Valeur de la résistance à la traction en N/mm² R Acier pour ou sous forme de rail Valeur minimale de la résistance à la traction en N/mm² H Produit plat laminé à froid pour emboutissage à froid Valeur minimale de la limite d'élasticité en N/mm² T Produit plat laminé à froid pour emboutissage à froid Valeur minimale de la résistance à la traction en N/mm² Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 50 Les aciers peuvent être désignés selon leur emploi et leurs caractéristiques mécaniques ou physiques. Leur désignation comprend une lettre suivie d'un nombre. Propriétés : aptitude au soudage; ces aciers ne conviennent pas aux traitements thermiques Domaine d'applications : constructions mécaniques et métalliques générales assemblées ou soudées. Ex : S 355 JO Utilisation à température ambiante, éléments de construction soudés, boulonnés ou rivés. Ex : E 295 Cet acier pour construction mécanique (E) a une valeur minimale de limite d'élasticité de 295 N/mm² (295). Si l'acier est moulé, la désignation est précédé d'un G. Ex : GS 235 Cet acier pour construction d'usage général (S) a une valeur minimale de limite d'élasticité de 235 N/mm² (295) et est moulé (G). Remarque : Cette désignation peut être suivi de lettres et de chiffres précisant les conditions d'obtention du matériaux et/ou d'autres caractéristiques mécaniques ou physiques. II.1- Les aciers non alliés d ’usage général Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 51 II.2- Les aciers non alliés Rappel : Un acier non allié est un acier exclusivement constitué de fer et de carbone (les aciers non alliés peuvent contenir du manganèse la teneur étant inférieure à 1%). Ces aciers non alliés sont désignés par la lettre C suivi d'un chiffre représentant le centuple de la teneur en carbone. • % C >0.2%: la trempe est possible. • % C Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 52 II.2- Les aciers non alliés micrographie de l’acier doux à 0.48% de carbone dont on a caractérisé le comportement élastique Chaque domaine de dimension proche de 30µm, est une cristallite de Fer. Les orientations des cristallites sont aléatoires. Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 53 Désignation symbolique Propiétés C22 C25 C30 C35 C40 C45 C55 Malléables, soudables. Acier de cémentation. Pièces forgées et matricées Bonne résistance à l'usure;Peuvent subir des traitements thermiques (trempe à l'eau et à l'huile). Domaines d'applications Aplications C22 C25 C30 C35 C40 C45 C55 Pièces travaillant sans chocs : axes de pistons, arbres à cames, pieds de bielle.... vérins, colonnes de presse, pignons d'engrenages, ressorts faiblement sollicités, cames, butées ... Désignation symbolique Désignation numérique Ancienne Désignation C22 1.1151 XC18 C25 1.1158 XC25 C30 1.1178 XC32 C35 1.1181 XC38 C40 1.1186 XC42 C45 1.1201 XC48 C55 1.1203 XC55 II.2- Les aciers non alliés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 54 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 55 Par acier faiblement allié, on entend les aciers dont la teneur de chaque élément d'addition est inférieur à 5 % et dont la teneur en manganèse est inférieure à 1%. Ces aciers sont désignés par: •Un chiffre représentant le centuple de la teneur en carbone. •Les symboles chimiques des éléments d'alliage dans l'ordre décroissant de leur teneur. •Les teneurs des éléments d'alliage séparées par un trait d'union. Les teneurs des éléments d'alliage sont multiplié par un facteur (et arrondi à la valeur entière la plus proche) dépendant du matériau. II.3- Les aciers faiblement alliés facteur multiplicateur Symbole chimique des éléments 4 Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 10 Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr 100 Ce, N, P, S 1000 B Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 56 II.3- Les aciers faiblement alliés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 57 On a introduit des métaux au cours de leur élaboration afin de modifiés leurs caractéristiques et leurs propriétés. Principaux éléments d'alliage: • le nickel Ni • le manganèse Mn • le chrome Cr • le silicium Si • le tungstène W • le molybdène Mo • le vanadium V II.3- Les aciers faiblement alliés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 58 II.3- Les aciers faiblement alliés Nickel � Re � Rm � Trempe � La résistance à la chaleur (teneur en Ni > à 20%.) � À une teneur en Ni de 36% : « INVAR » � Le nickel est un métal rare et coûteux Manganèse � Améliore la trempe, � Augmente la limite élastique � Améliore la résilience (teneur > à 10% de Mn) � Interdit en aéronautique Actions du chrome � Améliore la trempe, � La résistance à la rupture � La résilience � La résistance à l'usure � Résistance à la corrosion chimique et à la température pour des teneurs de 10%. à 30% • aciers aéronautiques (plus accessibles que le Ni) Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 59 II.3- Les aciers faiblement alliés Silicium � Limite élastique � Charge de rupture � Diminue l'hystérésis magnétique tôles de transformateurs-47.Ù de Si) � Améliore la résistance à la corrosion chimique et à l'oxydation à chaud. • Peu utilisé en aéronautique bien que bon marché (aciers à ressort, soupapes d'admission) Tungstène • Voisines de celles du chrome • Aciers à outils Molybdène • Proches de celles du tungstène � La résistance au fluage � Aciers travaillant à des températures modérées (500 à 550°). � Métal rare Vanadium • Proches des 2 précédents • Aciers à coupe rapide. Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 60 II.3- Les aciers faiblement alliés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 61 II.3- Les aciers faiblement alliés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 62 Ex : 20MoCr5 -Cet acier faiblement allié possède une teneur en carbone de 0,2 % (20). -Il est allié à du molybdène (Mo) et du chrome (Cr). -La teneur en molybdène est de 0,5 % (5) -Il y a des traces (non quantifiées) de chrome. Rappel : Si les aciers désignés sont moulés, leur désignation est précédé d'un G. Ex : G18NiCrMo6 -Cet acier faiblement allié est moulé (G) et possède une teneur en carbone de 0,18 % (18). -Il est allié à du nickel (Ni) du chrome (Cr) et du molybdène (Mo). -La teneur en Nickel est de 1,25 % (6). -Il y a des traces (non quantifiées) de chrome et de molybdène. Ex : 115 Cr V 3 (STUB) II.3- Les aciers faiblement alliés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 63 II.3- Les aciers faiblement alliés Source:THYSSEN FRANCE S.A Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 64 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 65 II.3- Les aciers fortement alliés Par acier fortement allié, on entend les aciers dont la teneur d'un au moins des éléments d'addition est supérieur à 5 %. Ces aciers sont désignés par: •La lettre X •Un chiffre représentant le centuple de la teneur en carbone. •Les symboles chimiques des éléments d'alliage dans l'ordre décroissant de leur teneur. •Les teneurs des éléments d'alliage séparées par un trait d'union. Ex : X 6 Ni Cr Ti 17-12 - Cet acier fortement (X) allié possède une teneur en carbone de 0,06 % (6). Pour trouver ce résultat on a divisé 6 par 100. - Il est allié à du nickel (Ni) du chrome (Cr) et du titane (Ti). - La teneur en nickel est de 17 % (17). - La teneur en chrome est de 12 % (12). - Il y a des traces (non quantifiées) de titane . Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 66 II.3- Les aciers fortement alliés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 67 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. LL ’aluminium et ses alliages’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 68 � Minerai de bauxite Avantages: • point de fusion bas (~ 660 °C): fonderie •ductile: mise en forme à l'état solide, par déformation plastique (laminage, filage à la presse, étirage,…) •bonnes propriétés mécaniques spécifiques •masse volumique: 2700 kg.m-3 •corrosion: couche d'oxyde Al2O3 en surface Inconvénients •tenue mécanique au delà de 150 °C : problématique •mauvaise tenue en fatigue •mauvaise tenue en corrosion sous contrainte •difficile à souder •relativement chers. III. L ’aluminium et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 69 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 70 Domaine d ’emploi: •aéronautique (+Cu: Duralumin TT) •l’industrie alimentaire •cryogénique •articles de sport •structures utilisées en atmosphère marine •l'industrie de l'emballage (pur) •automobiles (+Si: blocs-moteurs et pistons d'automobiles) III. L ’aluminium et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 71 z NF EN 573-1 octobre 1994 EN AW- 1050 A [Al99,5] Préfixe A : Aluminium W : Corroyé Le premier chiffre indique le groupe d’alliages : 1 : aluminium pur (teneur ≥ 99%) 2 : aluminium-cuivre, 3 : aluminium-manganèse, 4 : aluminium-silicium, 5 : aluminium-magnésium, 6 : aluminium-magnésium- silicium, 7 : aluminium-zinc, 8 : autres alliages Le deuxième chiffre indique : Pour l’aluminium pur : indice de pureté (0 à 9) Pour les alliages : nombre de modifications apportées à l’alliage d’origine (0 à 9) 0=alliages d’origine Les deux derniers chiffres indiquent : Pour l’aluminium pur : teneur en aluminium au-delà de 99% Pour les alliages : numéro d’identification Symbole chimique éventuel entre crochet Lettre éventuelle indiquant les variantes nationales III.1- L ’aluminium et ses alliages corroyés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 72 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 73 z NF EN 1780 octobre 1998 EN AC- 45400 [Al Si5 Cu3] Préfixe A : Aluminium B (pour lingots) et C (pour pièces moulées) Les deux premiers chiffres donnent le principal élément d’alliage : (série des 20000) : cuivre (exemple 21000) (série des 40000) : silicium (exemple : 43300) (série des 50000) : magnésium (exemple : 51200) (série des 70000) : zinc (exemple : 71000) Les trois chiffres suivant indiquent une variante Exemple : 43100:0,10 % de cuivre 43200:plus pur comporte 0,35% de cuivre Les proportions de zinc et nickel, de plomb et de titane varient aussi entre ces deux alliages, dans des proportions similaires Symbole chimique de l’alliage ordonné par teneurs décroissantes III.2- L ’aluminium et ses alliages de fonderie Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 74 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 75 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 76 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 77 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliagesLe cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 78 Le cuivre est un métal de couleur rouge orangé possédant une haute conductibilité thermique et électrique ainsi qu'une bonne tenue aux corrosions courantes. Ce sont ses propriétés qui en font un métal employé pur ou faiblement allié dans la construction électrique, le transport d'électricité et le bâtiment. En revanche, en mécanique, le cuivre pur n'est pas ou peu employé. Ce sont des alliages de cuivre qui sont utilisés tels que par exemple: •Les laitons, alliages de cuivre et de zinc, qui se forment et s'usinent aisément. Ces alliages de couleur jaune sont parfois improprement appelés cuivre jaune. •Les bronzes, alliage de cuivre et d'étain qui présentent de bonne qualité de fonderie ainsi que d'intéressantes qualités mécaniques et de frottement. •Les cupro-nickels qui résistent bien à l'oxydation et à certains agents corrosifs. •Enfin citons pour mémoire le maillechort (alliage de cuivre, nickel et zinc) dont l'aspect ressemble à celui de l'argent. IV. L e cuivre et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 79 z NF A 02-009 Les alliages à base de cuivre sont appelé cupro-(élément d'alliageprincipal) Exemple : CuBe2 = cupro-béryllium, sauf le laiton (Cu-Zn) et les bronzes (Cu-Sn). IV. L e cuivre et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 80 z Les cuivres affinés (teneur ≥ 99,85%) (NF A 51-050) IV. L e cuivre et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 81 IV. L e cuivre et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 82 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliagesLe zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 83 � Avantages: • faible température de fusion (~420 °C): fonderie • fusibilité • excellente coulabilité: forme très complexe et d’épaisseur très mince (~ 0,4 mm). • faible coût: concurrencer les alliages d’aluminium ou de cuivre et même souvent les matières plastiques. � Domaine d ’emploi • l’automobile (carburateur, pompe à essences...) • dans l’électroménager • en quincaillerie et en mécanique de précision (appareils photographiques, horlogerie...) � Principaux alliages de zinc •les zamaks qui contiennent 4 % d’aluminium, 0,04 % de magnésium et 1 % de cuivre ou pas du tout. zamak 3 : Z - A4G, zamak 5 : Z - A4 U1 G. •Masse volumique du zinc : 7 100 kg m-3. V. Le zinc et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 84 Le zinc est un métal de couleur blanche qui exposé à l'air humide s'oxyde et se recouvre d'une mince couche protectrice. Léger et présentant une bonne tenue aux agents organiques, le zinc fut largement employé pour des éléments de toiture ou pour recouvrir des tables. Le zinc déposé par trempage ou galvanisation sur de l'acier en assure la protection contre la rouille. On obtient alors de l'acier galvanisé. De plus, le zinc entre dans la composition de nombreux alliages comme le laiton (alliage de cuivre et de zinc) ou le maillechort (alliage de cuivre, nickel et zinc). V. Le zinc et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 85 Les alliages de zinc sont désignés par : • La lettre Z • Un tiret • Des symboles abrégés des éléments d'addition suivis de leur teneur. Ces éléments sont classés par ordre décroissant de leur teneur. Ex: Z-A4G Cet alliage de zinc (Z) comporte 4 % d'aluminium (A4) et des traces de magnésium (G). Remarque : Si un élément n'est pas suivi d'une valeur indiquant sa teneur, c'est que l'alliage ne contient que quelques traces (moins de 1 %) de cet élément. V. Le zinc et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 86 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliagesLe magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 87 Le magnésium est un métal blanc argenté pouvant brûler à l'air avec une flamme éblouissante (propriété qui fût longtemps exploité pour produire des "flash" en photographie). Les alliages à base de magnésium (allié à l'aluminium, au zinc, au manganèse) sont largement utilisés dans l'industrie automobile et aéronautique en raison de leur légèreté. A noter que ces alliages sont soudables par le procédé TIG et ont une faible élasticité. VI. Le magnésium et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 88 Les alliages de magnésium sont désignés par : • la lettre G • Un tiret • Des symboles abrégés des éléments d'addition suivis de leur teneur. Ces éléments sont classés par ordre décroissant de leur teneur. Ex : G-A8Z Cet alliage de magnésium (G) comporte 8 % d'aluminium (A8) et des traces de zinc (Z). Remarque 1 : Si un élément n'est pas suivi d'une valeur indiquant sa teneur, c'est que l'alliage ne contient que quelques traces (moins de 1 %) de cet élément. Remarque 2 : Les désignations données ci-dessus peuvent être suivies pour les produits corroyés par un groupe de lettres et de chiffres désignant l'état et le traitement donné à l'alliage. VI. Le magnésium et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 89 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliagesLe titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 90 � Elément fort abondant dans l'écorce terrestre •vers 1950:l'utilisation sous forme métallique. (difficultés liées à sa métallurgie extractive et des problèmes posés par sa mise en œuvre). � Domaine d ’emploi •domaines aéronautiques et aérospatial •industrie chimique �Avantages •masse volumique 4540 kg.m-3 •Rm/rho > à celui des autres métaux. •résistance à la corrosion du titane et de ses alliages est excellente (film protecteur de TiO2) > à celle des aciers inoxydables. •bonne tenue mécanique à chaud (jusque vers 700 °C) •à des températures plus élevées, se charge en impuretés (oxygène, hydrogène), •Température de fusion : 1 670 °C. VII. Le titane et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 91 VII. Le titane et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 92 Comparaison entre les rapports limite d'élasticité/masse volumique pour divers alliages : a) : Ti 6 Al 4 V, b) : 30 Cr Ni Mo 8, c) : aluminium 7075-T6, d) : alliage de magnésium haute résistance. VII. Le titane et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 93 Les alliages de titane sont désignés par : • la lettre T • Un tiret • Des symboles abrégés des éléments d'addition suivis de leur teneur. Ces éléments sont classés par ordre décroissant de leur teneur. Ex : T - A5 - E2 T, Symbole métallurgique (titane). A5, 1er élément d'addition avec 5% d'aluminium. E2, 20ème élément d'addition avec 2% d'étain. VII. Le titane et ses alliages Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 94 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiquesLes polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 95 Les Plastiques Un « plastique » est un mélange dont le constituant de base est une résine [ ou polymère ], associée à des adjuvants ( stabilisants, anti-oxydants, … ) et des additifs ( colorants, fongicides, … ) On distingue 2 catégories de matières plastiques Les thermoplastiques Ces résines peuvent être ramollies par chauffage et durcies par refroidissement. L ’opération est réversible et peut être répétée plusieurs fois Les thermodurcissables Ces résines peuvent être transformées par la chaleur en un état infusible et insoluble. L ’opération est irréversible et le recyclage des déchets est impossible. VIII. Les polymères: matières plastiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 96 La matière première se présente le plus souvent sous forme de granulé de divers forme. On la trouve aussi sous forme de poudre, de micro bille, en pâte, ou en résine liquide. Elle peut-être naturelle ou colorée selon la demande. La fluidité de la matière au moulage varie selon sont grade, situé généralement entre 0 et 100. Plus le grade est haut, plus la matière est fluide. La matière peut avoir, soit un état Cristallin ou Amorphe. a. Etat Cristallin = état ordonné : Sous l'influence de force interne les chaînes moléculaires se rangeront entre elles de façon ordonnée sur de petites longueurs. b. Etat Amorphe = état désordonné : Les molécules sont très proche les unes des autres, la réaction se développe de façon anarchique, ce qui donne un polymère très ramifié donc moins cristallin. Il existe beaucoup de sorte de matières différentes, le choix de la matière dépend généralement du type de pièce à mouler. Il faut avant tout savoir avec précision l'usage que l'on veut en faire. Ensuite, il faut étudier son comportement dans le temps selon certains critères tel que la résistance mécanique, son exposition aux ultraviolet (U.V.), sa souplesse, si elle résiste face à certains solvants. VIII. Les polymères: matières plastiques http://lycees.ac-rouen.fr/moulin/disciplines/construction/materiaux/MP.htm Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 97 VIII. Les polymères: matières plastiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 98 Propriétés •macromolécules à squelette covalent, liées entre elles par des liaisons faibles (liaisons de Van der Waals ou liaisons hydrogène) •dépendent fortement du comportement de ces liaisons faibles et évoluent considérablement avec la température •faible module d’élasticité •limite élastique d’autant plus faible qu’ils seront portés à plus haute température •faciles à mettre en forme •bonne déformabilité •bonne résistance à l’usure •faciles à assembler •bonne tenue à la corrosion •matériaux légers •très bon marché (pétrole) VIII.1- Les polymères: matières plastiques: propriétés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 99 Injection La matière, en granulés, ramollie par la chaleur est injectée dans un moule en 2 parties sous forte pression. Ces moules permettent la réalisation d'objets de dimensions et formes variables, ainsi que de pièces techniques très complexes et de grandes précisions. Extrusion La matière, en granulés, sera fondue avant de sortir de manière continue par un orifice appelé "filière" qui lui donnera une forme permanente. On obtiendra ainsi des tubes, profilés, etc... Injection et extrusion souflage Une poche de matière chaude et gonflée sous une forte pression d'air ou de gaz et se répartit sur les parois internes d'un moule ayant la forme de la pièce à réaliser (bouteilles, bidons, fûts, réservoir automobile, emballages creux en général). Compression Technique surtout très utilisée pour transformer des matières en les comprimant fortement dans un moule. Ces matières (thermodurcissables) pour la plupart auront la particularité de ne plus fondre après moulage (pièces automobiles, électriques, poignées d'ustensiles ménagers, etc...) VIII.2- Les polymères: techniques de transformation Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 100 Rotomoulage Une matière thermoplastique sous forme de poudre va fondre sous l'effet de la chaleur et se répartir uniformément sur les parois interne d'un moule, tournant sur deux axes, à l'intérieur d'un four (poupées, ballons, citernes...). Thermoformage Des feuilles ou plaques de matière thermoplastique sont réchauffées et formées par emboutissage et aspiration (emballages alimentaires, carters de machines et pièces de carrosserie de grandes dimensions, sanitaire). Composites Une résine liquide qui durcira au moulage est appliquée avec un renfort sur ou dans un moule suivant plusieurs principes ; contact, pressage, pultrusion, centrifugation, (coques de bateau, carrosserie de F1, pièces aéronautiques, etc...) Polystyrène expansé Un moule est rempli de petites billes de matière qui vont prendre du volume et se coller les unes aux autres sous l'effet de la chaleur et de plusieurs composants chimiques. (Plaques pour l'isolation, emballages,...). VIII.2- Les polymères: techniques de transformation Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 101 Nom Désignation Noms commerciaux Acrylobutadiène styrène ABS ... PA 11 Rilsan, etc. PA 6 ... PA 6.6 Nylon, Technyl, etc. Polybutylène téréphtalate PBT ... Polycarbonate PC Makrolon, Lexan, etc. Polychlorure de vinyle PVC Vinidur, Viniflex, etc. Polyéthilène PE Lactène, Hostalen, etc. Polyéthilène téréphtalate PET ... Polyméthacrylate de méthyle PMMA Altuglas, Plexiglas,etc. Polyoxyméthylène POM Ultraform, Kematal, etc. Polypropylène PP Appryl, Novolen, etc. Polystyréne PS ... Polystyrène choc SB ... Polyamide VIII.3- Les polymères: thermoplastiques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 102 VIII.3- Les polymères: thermodurcissables Nom Désignation Noms commerciaux Epoxy EP Araldite, Néonite, etc. Phénoplaste PF Bakélite. Polyesther insaturé UP Rutapal, Norsodyne, etc. Polyuréthanne PUR Vovanol, Bayflex, etc. Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 103 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittésLes matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 104 Le frittage (ou concréfaction) compression d ’une poudre métallique dans un moule + chauffage ce comprimé Les pièces ainsi obtenues sont poreuses. Cette propriété est exploitée pour la fabrication de filtres ou de coussinets auto-lubrifiants généralement réalisés en bronze. Pour les autres applications, on remédie éventuellement à cette porosité par infiltration de métal dans les pores. Les matériaux frittés peuvent éventuellement être usinés et recevoir des traitements thermiques ou thermochimiques. D'un coût de revient bas pour de grandes séries, les matériaux frittés sont utilisés notamment pour la réalisation de plaquettes de coupe (matériaux à base de carbure de tungstène) ou pour des plaquettes de frein (matériaux à base de fer graphite ou bronze graphite). IX. Les matériaux frittés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 105 IX. Les matériaux frittés - Acier allié Ces produits sont désignés à l'aide d'une série de lettres et de chiffres. Leur désignation comprend : •La lettre F (frittage) ou les lettres FJ (frittage avec infiltration) qui désignent la méthode de fabrication. •La teneur en carbone multipliée par 100. ( x10 si FC 10-56) •Un tiret •Le symbole abrégé des éléments d'addition suivi de leur teneur en %. Les éléments d'addition sont classés par ordre décroissant de leur teneur. •Un tiret •La masse volumique du produit multipliée par 10 Ex: F10-U3-56 •Cette pièce est obtenue par frittage (F) d'un alliage d'acier une teneur en carbone de 0,10 % (10) et de 3 % de cuivre (U3). Cette pièce à une masse volumique de 5,6 g/cm3. Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 106 Ces produits sont désignés à l'aide d'une série de lettres et de chiffres. Leur désignation comprend : •La lettre F (frittage) ou les lettres FJ (frittage avec infiltration) qui désignent la méthode de fabrication. •Le symbole abrégé de l ’élément principal •Un tiret •Le symbole abrégé des éléments d'addition suivi de leur teneur en %. Les éléments d'addition sont classés par ordre décroissant de leur teneur. •Un tiret •La masse volumique du produit multipliée par 10 Ex: FU-E10-64 •Cette pièce est obtenue par frittage (F) d'un alliage de cuivre et de 10 % d ’étain. Cette pièce en bronze à une masse volumique de 6,4 g/cm3. IX. Les matériaux frittés - Sans acier Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 107 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les compositesLes composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 108 Un « composite » est un assemblage de deux constituants non miscibles et de structure différente. Les qualités de chacun se complètent pour former un matériau hétérogène dont les performances sont supérieures à celles de ses composants. COMPOSITE = MATRICE + RENFORT Elle assure la liaison de l ’ensemble. Elle répartit les efforts. Elle protège les renforts. Il constitue le squelette de l ’ensemble. Il supporte l ’essentiel des efforts. Généralement, il se présente sous forme de fibres à haute résistance. Pour une grande part des composites industriels la matrice est une résine thermodurcissable (organique) Principales matrices ; Organique: EPOXY - (EP), Polyester - (UP) Minérale: Carbone - (C) Métallique: Titane - (Ti) Principaux renforts ; Fibres de verre - (FV) Fibres de carbone - (FC) Fibres d ’Aramide - (FA) « Kelvar » X. Les composites Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 109 X. Les composites Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 110 X. Les composites Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 111 X. Les composites Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 112 X. Les composites Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 113 X. Les composites Cliché obtenu en microscopie électronique à balayage d’un matériau composite à fibres longues de carbone dans une matrice intermétallique NiAl Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 114 Propriétés •combinaison de propriétés qui tire avantage de chacun des matériaux •matrice polymère + renfort fibreux: caractéristiques directionnelles ou non suivant le tissage •les composites céramique/céramique: moins fragiles que les céramiques massives (tenue en température) •les composites à matrice métallique et renfort céramique ont pour vocation de tirer partie à la fois de la ductilité des métaux et de la raideur du renfort céramique D’autres composites •le bois •les ciments et bétons •les mousses polymères, céramiques ou métalliques X. Les composites Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 115 X.1- Les composites: les fibres Fibres de verre Fibres de carbone Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 116 X.1- Les composites: les fibres Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 117 X.1- Les composites: les fibres Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 118 X.2- Les composites- Les matrices Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 119 X.2- Les composites- Les matrices Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 120 l’accessibilité concerne les aspects : • prix matières • polyvalence aux méthodes de transformation(polymérisation à froid, à chaud, nombre de procédés de transformation possible) • cadence de production dans la méthode de production la plus rentable •investissements Propriétés : • physiques (densité, stabilité dimensionnelle, indice de réfraction,...) • mécaniques • électriques • thermomécaniques • tolérances, cotes à la transformation Résistance ou durabilité • au vieillissement extérieur (intempéries) • à la fatigue (résistances dynamiques) • au feu avec ses différents aspects (résistance à la combustion, à la propagation, fumées, gaz toxiques) • au frottement • à l’usure X.3- Les composites- Les propriétés Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 121 X.3- Les composites- La production Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 122 X.3- Les composites- La production Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 123 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiquesLes céramiques XII.XII. Conclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 124 Les céramiques techniques sont caractérisées par des liaisons fortes, ce qui se traduit dans la pratique par une très bonne tenue en température et une excellente rigidité élastique. La faible tendance à la plasticité qui en résulte rend ces matériaux fragiles, peu tenaces, peu ductiles, mais en revanche, résistants à l’usure. Ces matériaux ont de hauts points de fusion et une bonne résistance à la corrosion. Les céramiques techniques de qualité ont tendance à être chères. XI. Les céramiques techniques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 125 XI. Les céramiques techniques Domaine d’application: •automobile: sur des prototypes •applications à très hautes vitesses de rotation (broches de machines outils, moteurs à turbines...). •Des billes, voire des cages de roulements en céramique permettent d’augmenter les vitesses maximales d’utilisation. But: •d’amélioration de l’isolation thermique, •la résistance à l’usure par frottement, •d’alléger les pièces en mouvement. Exemple: •La préchambre de combustion (moteur diesel), la tête de piston et les soupapes d’échappement sont revêtues d’écrans thermiques en céramique. •Pour améliorer le rendement du turbocompresseur, conduit d’échappement ainsi que la turbine en céramique. (inserts en zircone (ZrO2) et de titanate d’aluminium (Al2TiO5)). •Les culbuteurs, les guides et les sièges de soupapes sont en céramique (association de zircone et de nitrure de silicium (Si3N4)). •Par souci d'allégement des masses en mouvement, on peut utiliser du nitrure de silicium pour les axes des pistons, les soupapes… Inconvénients •Reste le problème de la tenue aux chocs, dans les pays où les habitudes de conduite sont assez nerveuses. Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 126 XI. Les céramiques techniques Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 127 Pour de très nombreuses applications, il a fallu mettre au point des alliages qui, sans qu'ils se dégradent par oxydation, conservent des propriétés mécaniques acceptables à haute température : il s'agit des alliages réfractaires employés à des températures pouvant s'échelonner de 700 à 1000 °C, selon le cas. A des températures inférieures, on peut recourir à certains aciers inoxydables. Il existe trois principales classes d'alliages réfractaires : •les alliages à base de fer et de nickel (contenant au moins 25 % de nickel), •les alliages à base de nickel (une centaine de compositions différentes), •les alliages à base de cobalt (la résistance à la corrosion due au gaz de combustion est beaucoup plus élevée que pour les deux types précédents) ; •on appelle souvent ces alliages des « superalliages ». Les utilisations des alliages réfractaires sont multiples: •résistances électriques chauffantes, •soupapes d'échappement des moteurs à combustion interne, •RENE 25 •fours industriels et équipements de traitements thermiques, … XII. Les alliages réfractaires Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 128 XII. Les superalliages N18 (alliage du disque de turbine du moteur de l’avion rafale) Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 129 XII. Les superalliages alliage MdP, métallurgie des poudres, (a) fabrication des poudres et tri sous gaz neutre, (b) densification du matériau par filage à chaud puis forgeage isotherme. Ce procédé complexe permet d’atteindre 500h de fluage à 650°C sous une contrainte de 900 MPa tandis qu’avec un superalliage classique (sans MdP) la contrainte n’est que de 600 MPa Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 130 I.I. Les fontes II.II. Les aciers III.III. L ’aluminium et ses alliages IV.IV. Le cuivre et ses alliages V.V. Le zinc et ses alliages VI.VI. Le magnésium et ses alliages VII.VII. Le titane et ses alliages VIII.VIII. Les polymères: matières plastiques IX.IX. Les matériaux frittés X.X. Les composites XI.XI. Les céramiques XII.XII. ConclusionsConclusions Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 131 XII. Prix du produit Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 132 XII. Prix de la matière Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 133 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 134 Comparaison des températures pour lesquelles la rupture sous une contrainte de 140 MPa est obtenue au bout de 1000 heures pour différents alliages en fonction de l’époque à laquelle ces alliages ont été conçus et par type de procédé de fabrication (Wrought=Forgés, CC= fonderie conventionnelle, DS=solidification dirigée, SC=monocristaux). XII. Evolution des matériaux Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 135 (a) aube polycristalline à gros grains. (b) aube polycristalline réalisée par fonderie avec solidification dirigée, du bas de l’aube vers le haut. (c) aube monocristalline, dont la « queue de cochon » ou sélecteur d’orientation n’a pas encore été usinée. XII. Evolution des matériaux Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 136 Quelques sites bases de données matériaux http://www.technosupport.fr/6eme/gs-soft_materiaux/desi_010.htm http://lha.chez-alice.fr/Matweb/materiaux000.html Sélection des matériaux métalliques. Désignation TI: BM5074 Transformations dans les aciers TI: BM 1 115 Sélection des matériaux métalliques-Familles de matériaux TI: BM 5 071 Conception d’un objet TI: AM 3 810 www.otua.org/traitement-thermique/intro.htm http://philippe.berger2.free.fr/productique/ressources/metallurgie/metallurgie -usb_fichiers/frame.htm http://cla.vidal.free.fr https://intranet.insa-toulouse.fr/view/592/content/SdM_POIC3 Guidon de moto Désignations et propriétés des matériaux 137 bloom [blum] n. m. METALL Lingot d’acier issu de la coulé continue de section rectangulaire qui n’a subi que les premières passes de laminage destiné à la production de produit long. brame METALL Lingot d’acier de section rectangulaire qui n’a subi que les premières passes de laminage destiner à la production de produit plat (tôle, feuillard). lingot n. m. Pièce brute de métal obtenue par coulée dans un moule. Lingot d’or.