Métaux non ferreux. Plus coûteux que les métaux ferreux. Avantages des métaux non ferreux

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2 Métaux non ferreux Avantages des métaux non ferreux Grande résistance à la corrosion Grande facilité de formage, de travail à l outil et à la forge Meilleur fini de surface Meilleures propriétés mécaniques et physiques que les métaux ferreux (à poids égal) Plus coûteux que les métaux ferreux

3 Alliages non ferreux Coulés (de fonderie) Fragiles (difficulté ou impossibilité de mise en forme) Corroyage Pouvant subir une déformation mécanique

4 Al et ses alliages Légers ( 2.7 g/cm 3 contre 7.9 g/cm 3 aciers) Bonne résistance à la corrosion: Formation d une couche de Al 2 O 3 Conductibilité électrique de Al pur: 62% celle du cuivre. Propriétés mécaniques: Faibles. Améliorées par: Écrouissage:1000 (Al pur) 3000 (Al-Mn) 5000 (Al-Mg) Durcissement structural: 2000 (Al-Cu et Al-Cu-Mg); 6000 (Al-Mg-si), 7000 (Al-Zn-Mg et Al-Mg-Cu) Mise en forme: Tf bas (660 C) ---> fonderie très ductile --> bonne mise en forme par déformation plastique

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7 Éléments Cuivre Manganèse Principaux éléments d alliages de l aluminium Effets Augmente la résistance mécanique Augmente la résistance mécanique et modifie la granulométrie Magnésium et silicium Augmentent la résistance à la corrosion atmosphérique Zinc Augmente résistance mécanique Résumé: Les éléments d alliage augmentent Re et la résistance à la corrosion

8 Alliages d aluminium de corroyage Alliages sans durcissement structural: A% élevée, Rm et dureté baissent Aluminium pur: 1000 Al-Mn: 3000 Al-Mg: 5000 (généralement moins de 4% de Mg) Alliages à durcissement structural Al-Cu et Al-Cu-Mg: 2000 Al-Mg-Si : 6000 Al-Zn-Mg et Al-Zn-Mg-Cu: 7000

9 (Séries 1000, 3000, et 5000)

10 (Séries 2000, 6000, et 7000)

11 Alliages d Al- Séries 2000: ex 2024 Type : aluminiumcuivre Propriétés densité: 2.82 g/cm3 dureté HRB Charge à la rupture: 427 MPa (Cas du 2024-T) Avantage léger Excellente propriété mécanique Mise en forme aisée Désavantages Mauvaise résistance à la corrosion Mauvaise soudabilité. Utilisation- aéronautique Pièces structurales Rivets Précautions Éviter des défauts sur les revêtements et les égratignures. Attention au vieillissement naturel (2024)

12 Alliages d Al. - Série 6000 (ex 6061) Type: Alliage d aluminium-silicium et magnésium Propriétés densité: 2.7 g/cm3 dureté HRB Charge à la rupture: 290 MPa (Cas du 6061-T6) Avantage Propriétés mécaniques moyennes Mise en forme à chaud aisée Bonne soudabilité Bonne résistance à la corrosion atmosphérique Désavantages Résistance limitée à chaud (150 ) Utilisation en aéronautique: pièces structurales soudées

13 Alliages d Al.- Séries 7000: ex 7075 Type: alliage Aluminium-zinc Propriétés densité: 2.8 g/cm3 dureté HRB Charge de rupture: 552 MPa (83ksi) Cas du 7075-T6) Avantages meilleures propriétés mécaniques après traitement thermique (durcissement structural). Bonne soudabilité Bonne trempabilité Désavantage Faible résistance à chaud : la température de service ne doit pas dépasser 120 C. Utilisation Pièces forgées Alliages usuelsaéronautique 7050, 7075, 7175 et 7475

14 Alliages de fonderie Propriétés recherchées Coulabilité (aptitude à remplir la cavité) Absence de fissures lors du retrait. Bonne répartition de la porosité Éléments d alliages en forte teneur Grande proportion de l eutectique Abaissement du point de fusion

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16 Alliages de fonderie Al-Si (s 400); Al-Si-Mg et Al-Si-Cu (s.300) % Si de l ordre de 5 à 20% bonne coulabilité et bonne résistance à la corrosion + Mn : améliore la sensibilité aux traitements thermiques Al-Si-Cu ( 12.7 Si) : α faible: (pistons et culasses des moteurs à combustions) Lamelaire Al-Al 2 Cu Aciculaire Al-Si T f basse Globulaire Al-Si + Na

17 Alliages de fonderie Al-Cu ( série 200) mauvaise coulabilité (améliorer avec Si) Al-Mg (s. 500) Excellente résistance à la corrosion atmosphère marine eau de mer Coulabilité médiocre Al-Zn-Mg (s 700) Faible coulabilité (porosité) Auto-trempant: vieillissement naturel (1 à 2 mois)

18 Alliages de fonderie

19 Le cuivre et ses alliages Cuivre pur Mou et très ductile (Cu pur) ---> difficile à usiner Peut être écroui à volonté Très résistant à la corrosion (atmosphère ambiante, eau de mer). Alliages : Laiton (Cu-Zn) ; Bronze (Cu-Sn) Cu-Al, Cu-Ni, Cu-Be, Cu-Zn-Ni Résistance à la corrosion améliorée Ne peuvent pas être durcis par traitement thermique (exceptions: Cu-Be (cuprobérylliums) et Cu-Al) Écrouissable---> meilleures Re, Rm et TTDF

20 Applications Applications courantes bijoux douilles des cartouches radiateurs d automobile instrument de musique monnaie

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23 Bronze (bronze) Alliage Cu et (Sn ou Al ou Si ou Ni) Plus résistant que le laiton (Cu-Zn) Bonne résistance à la corrosion Utilisations Applications nécessitant bonne résistance à la corrosion bonne propriétés de traction

24 Laiton (brass) Alliage Cu et Zn Moins résistant que le Bronze (Cu-Sn) Bonne résistance à la corrosion < 40% Zn Utilisations Applications nécessitant placage emboutissage

25 Diagramme d équilibre Cu-Zn Zn en solution de substitution dans le laiton Laiton à % Zn > 40% Dure et + résistant que α se travaille à chaud CFC mou ductile facile à écrouir Emboutissage profond T ambiante : α + β`

26 Micrographies de laitons Plus le laiton contient de Zn, plus la couleur passe du rouge au jaune

27 Conductibilité du cuivre industriel

28 Autres alliages de Cu Les cupro-aluminiums ( Cu-Al) Bonne résistance à la corrosion ( Al2O3) Utilisations ( 5 à 8% Al) condensateurs échangeurs de chaleur organes de pompe et de quincaillerie marine Les cupro-nickels ( Cu-Ni) 10 à 30% Ni Meilleur résistance à la corrosion (effet de Ni) Applications: industrie chimique, tubes d eau de mer.

29 réaction eutectoïde β ---> α + γ 2 structure perlitique Solution solide α CCC Intermétallique dur fragile Refroidit rapidement (trempe à eau) β ---> martensite mais moins dure que la perlite

30 Structures des alliages Cu-11.5Al

31 Alliages de magnésium

32 Alliages de Mg Plus léger (1.7 g/cm 3 ) que l aluminium (2.7 g/cm 3 ) Bonne usinabilité (forces et puissance de coupe faibles) Sensibles au durcissement structural (Al, Zn, Zr, Mn, et Ag) Écrouissage à chaud (nouveaux systèmes de glissement) Attention, corrosion (Anode sacrificielle) Matériau Caractéristiques et rigidités spécifiques d aluminium et de magnésium (Bailon, 2000; ASM, vol.16, 1999) Masse volumique (t/m 3 ) Module d Young (Gpa) Rigidité spécifique E/ρ Température de fusion θ f ( C) Coefficient de dilatation linéique α (10-6. C -1 ) Aluminium Magnésium

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34 Alliages de fonderie

35 Le zinc et ses alliages

36 Alliages de zinc coulés Tf faible : 420 C ( Zn non allié) 380 C ( alliages de fonderie: Zn-Al-Mg, Zn-Al-Cu-Mg) Bonne coulabilité (Pièces minces, précision) Utilisation : galvanisation des aciers fabrication des peintures riches en zinc. industries auto. (pompe à essence, carburateurs) électroménager (robinetterie, serrures)

37 Les alliages de titane

38 Titane Acier T6 magnésium

39 Alliages de titane: ex. Ti- 6Al- 4V Propriétés densité: 4.5 g/ cm3 Poids: 280 lb/ft 3 Pt de fusion: 1800 C Avantage très rigide Très bonne résistance mécanique Excellente résistance à la chaleur Inoxydable Désavantages Cher difficile à forger, usiner. Utilisation en aéronautique Boulons et attaches Bras de transmission et support mobile Pièces destinées aux zones de température élevées Utilisation comme biomatériaux!

40 Alliages de titane ( le + courant ~ 50%)

41 Alliages de titane Alliages alpha Résistent au fluage jusqu à 650 C. Résistent à l oxydation jusqu à 1100 C peu déformables à froid peu sensibles aux traitements thermiques Alliages béta Se prêtent bien à la déformation TTDF = - 60 C S utilisent difficilement à chaud; instable vers 350 C

42 Structure martensitique aciculaire Microstructure Déformation plastique (domaine α-β) + traitement thermique ( 925 C et trempe à l air) dures résistantes moins ductile moins tenace Grains équiaxes (α) anciens grains β partiellement transformés plus ductile, plus tenace

43 Les alliages réfractaires À base de fer et de nickel Superalliages à base de nickel Superalliages à base de cobalt

44 Alliages réfractaires Ni, Co, Fe-Ni

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46 Utilisations Soupapes des moteurs (oxydation, usure, déformation) Fours industriels et équipement thermiques Industries pétrochimiques (résistance aux acides) Centrales thermiques (échangeurs de chaleur, turbines) Industrie aéronautique : turbo-réacteurs (T = 1100 C)

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