Sélection des matériaux métalliques - Familles de matériaux

Auteur(s) : Philippe CHOMEL

Date de publication : 10 janv. 2001 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Alliages de fer : aciers et fontes

1.1 - Atouts du fer
1.2 - Diagramme fer-carbone et propriétés mécaniques de l’acier au carbone à l’équilibre

Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3 Tableau 4
1.3 - Traitements thermiques des aciers au carbone. Microstructures et propriétés mécaniques associées

Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7 Tableau 8 Tableau 9 Tableau 10
1.4 - Les familles d’aciers

Tableau 11 Tableau 12
1.5 - Les fontes

2 - Alliages d’aluminium

2.1 - Atouts de l’aluminium
2.2 - Microstructure et propriétés mécaniques

Tableau 13
2.3 - Les familles d’alliages

Tableau 14
2.4 - Sensibilité à la température ambiante (maturation)

3 - Alliages de cuivre

3.1 - Atouts du cuivre

Tableau 15
3.2 - Les familles d’alliages

4 - Alliages de magnésium

4.1 - Atouts du magnésium
4.2 - Les alliages

5 - Alliages de titane

5.1 - Atouts du titane
5.2 - Les familles d’alliages

Tableau 16

6 - Alliages de nickel, de cobalt, et superalliages

6.1 - Le nickel et ses alliages
6.2 - Le cobalt et ses alliages
6.3 - Les superalliages

7 - Alliages divers

7.1 - Métaux et alliages à bas point de fusion
7.2 - Alliages de zinc, cadmium
7.3 - Métaux précieux et leurs alliages (Au, Ag, Pt, Pd)
7.4 - Métaux réfractaires (Mo, Ta, W)
7.5 - Alliages de zirconium

$Figure 13 - Métaux réfractaires : résistance mécanique en fonction de la température$
7.6 - Alliages métalliques à mémoire de forme (AMF)

Tableau 17
7.7 - Amorphes métalliques
7.8 - Composites à matrice métallique (CMM)

Tableau 18 Tableau 19
7.9 - Alliages poreux et mousses métalliques

8 - Conclusion

Présentation

Auteur(s)

Philippe CHOMEL : Docteur d’État - Professeur honoraire à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

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INTRODUCTION

Présenter les familles d’alliages métalliques en quelques pages, en vue de leur choix dans des projets de conception de pièces mécaniques, amène à quelques partis pris réducteurs :

une liste exhaustive des alliages disponibles est exclue , et le lecteur ne trouvera que quelques exemples éclairant la présentation ; par contre, la bibliographie et la documentation et [BM 5 075] ouvrent des accès aux sources ;
les atouts du métal de référence de chaque famille seront indiqués brièvement ; puis des indications portant sur les aspects microstructuraux, les propriétés mécaniques, et certaines utilisations des alliages seront présentées. Mais il ne s’agit pas ici de donner un catalogue exhaustif des applications possibles ;
la place des aciers, traités en premier, est en rapport avec leur position dominante ; puis les alliages d’aluminium et les alliages de cuivre, bien implantés, suivent. Les alliages de magnésium et de titane sont moins bien connus, mais porteurs d’avenir. Parmi les autres familles, des orientations plus spécifiques apparaissent : alliages de nickel et de cobalt, alliages à fonctions particulières (bas point de fusion, métaux précieux, réfractaires, matériaux nucléaires), dont certaines sont encore peu répandues et moins connues (alliages à mémoire de forme, amorphes métalliques). Enfin, les composites à matrice métallique sont susceptibles de prendre de l’importance : ils illustrent d’ailleurs assez bien la démarche de « construction » d’une microstructure optimisant les propriétés mécaniques ;
la désignation des alliages métalliques reste encore un combat pour tous ceux — élaborateurs, transformateurs, scientifiques, marchands, utilisateurs — qui y sont intéressés. Faut-il privilégier la composition, certaines caractéristiques mécaniques, les habitudes nationales, voire américaines, les noms commer- ciaux ? Dans le cas présent, l’Europe communautaire s’applique à créer une nomenclature Euronorme, avec les textes de 1992 pour les aciers, et ceux en développement pour les non-ferreux. Le lecteur trouvera dans le présent texte, autant que possible, la désignation symbolique européenne précédée de EN ; toutefois, on l’accompagnera parfois des désignations anciennes. Un article est consacré à la présentation abrégée de la normalisation.

Selon l’usage, les concentrations en éléments d’alliage sont données en concentration massique, sauf mention explicite d’une concentration atomique. Tous les matériaux étant considérés à l’état solide, on utilisera la grandeur « densité » plutôt que la masse volumique. Les principales propriétés mécaniques énoncées sont la limite élastique conventionnelle R _e et la résistance mécanique conventionnelle R _m , ainsi que l’ allongement relatif réparti à la rupture A, la dureté Vickers HV, Brinnel HB ou Rockwell C HRC, la limite de fatigue ou d’endurance σ _D , et, en fluage, la contrainte à la rupture σ _r en un temps donné (1 000 h, par exemple), la ténacité $K_{Ic}$ et la résilience KCU ou KCV.

Cet article se présente comme un complément de l’article « Propriétés thermomécaniques des matériaux métalliques » du traité Génie mécanique des Techniques de l’Ingénieur [101].

Pour éviter une surcharge de cet article, les sources documentaires ne seront en général pas mentionnées : elles proviennent des textes cités par ailleurs dans la bibliographie (cf. ), et notamment du traité « Matériaux métalliques » des Techniques de l’Ingénieur.

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