00 Choix Et Designation Des Metaux Et Alliages

 

Éléments de dessin technique

(TN01 : Automne 2004)

Choix et désignation des métaux et alliages

25 Cr Mo 44-25 25 EN   - GJS   - 300 - 22 Cu Zn 36 Pb 2 Hocine KEBIR Maître Maît re de Conféren Conférences ces à l’UT l’UTC C Poste : 7927 [email protected] TN01

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Hocine Hocine KEBIR

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Introduction

Fermeture Appui

arrière Mousse

Crochet

Socle

Fermeture avant

Fixation du snowboard TN01

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Critères de choix

Les critères de choix d’une matière première pour une construction mécanique sont nombreux et difficilement structurables Propriétés mécaniques

Forme et dimensions (des pièces à obtenir)

Résistance en traction, tenue en fatigue, dureté superficielle, …

Enveloppes minces, formes usinées, formes brutes simples

Critères de choix Propriétés physiques Conductibilité électrique, thermique, densité, … TN01

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Prix de revient Déde pend la sde fabriquée ériel’importance

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Propriétés chimiques Résistance à ladecorrosion, revêtements surfaces, aptitude au collage 3 /33

 

Essais et caractéristiques mécaniques Les essais mécaniques permettent d’évaluer les qualités mécaniques des matériaux utilisés. Ils sont pratiqués soi soitt : Directement sur les pièces Sur des éprouvettes -  échantillons du matériau considéré

Essai de dureté Essais pour la caractérisation du matériau

Essai de traction

…

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Essai de résilience

Essai d’endurance Hocine Hocine KEBIR

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Essais et caractéristiques mécaniques : Essai de traction L'essai de traction mesure la résistance à l’extension et l’allongement Il définit un certain nombre de paramètres qui caractérisent le comportement du matériau dans les domaines : Élastique Module d'élasticité : E Limite élastique Re Re=Fe/So =Fe/So

Plastique - lilimi mite te de de résistance à la traction : Rm Rm=Fm/So =Fm/So - Allo Allongemen ngementt en pour pour cent apr après la rupture A

Vidéo Section initiale So

Éprouvette

La désignation des aciers utilise ces paramètres Rm et Re Re.. TN01

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Propriétés mécaniques : Essai de dureté La dureté, de symbole général H, caractérise la capacité d'un matériau à résister au marquage (empreintes, rayures...) , à l'usure. Elle peut être évaluée en mesurant une empreinte laissée en surface par un poinçon agissant sous l'action d'une force connue (essais Brinell, Vickers et Rockwell)

Machine d’essais de dureté BRINELL VICKERS TN01

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Propriétés mécaniques : Résilience La résilience, de symbole général K, caractérise la capacité d'un matériau à absorber les chocs sans se rompre ; ce risque est amplifi é aux basses températures. Elle est mesurée sur des machines du type Charpy ( éprouvette sur deux appuis) L'essai, qui est un essai comparatif entre mat ériaux, mesure l'énergie qu'il faut fournir à un pendule pesant pour briser une éprouvette entaillée du matériau à tester. ésilience est égale au rapport de L'énergie absorbée par Lal'érpro prouve uvette tte sur l'ai l'aire re de la sect section ion au droi droitt de l'entai l'entaille. lle.

Éprouvette d'essai de résilience

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Notions de traitements thermiques

Le revenu

La Trempe

Le recuit Traitement thermiques pour Modifier les Caractéristiques mécaniques du matériau

…

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Notions de traitements thermiques : La trempe La trempe consiste à chauffer lentement un alliage métallique (certains (certa ins aciers, certains certains alliages de cuivre, cuivre, certains alliages alliages d’aluminium) puis à le refroidir brutalement en le trempant dans l’eau ou dans une huile. Les caractéristiques mécaniques de l’alliage sont modifiées : La dureté (H) augmente La résilience (K) diminue La résistance à la traction augmente L’allongement (A%) diminue

Avant trempe Rm (e (enn Mpa Mpa)) K (j/cm2) Trempe d’une éprouvette en C 22 Trempe d’une éprouvette en C 35 E

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400 700

Hocine Hocine KEBIR

70 70

Après tremp Après trempee à l’ea l’eauu Rm (e (enn Mpa Mpa)) K (j/cm2) 730 1900

68 25

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Notions de traitements thermiques : Le revenu

Le revenu est pratiqué pour diminuer l’ effet néfaste de la la trempe trempe : la diminution diminution de la la résilience. Il a l’inconvénient d’atténuer un peu les effets bénéfiq fiques ues : augmen augmentat tation ion de Rm Rm et H

On place les pièces dans un four. On chauffe lentement. On refroidit brutalement (mais un peu moins moins brutalement brutalement que la trempe) trempe) dans l’huile ou dans l’air

C45 E avant avant tremp trempee C455 E tr C4 trem empé pé à l’eau e au C455 E aprè C4 aprèss rev reven enuu à 55 5500°

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H (Dureté) 16 55 32

K (Résilience) 70 25 35

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Notions de traitements thermiques : Trempe - Revenu

Température Maintien en température

~900°C

chauffage

~500°C

Refroidissement brutal

Temps

Trempe

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~4h

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Revenu

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Notions de traitements thermiques : Le recuit

But Supprimer ou diminuer les tensions internes r ésultant de l’obtention d’une pièce par moulage ou forgeage ou soudure Annuler les effets d’une trempe ( pour refaire un usinage par exemple)

Mode Opératoire On chauffe lentement à ~900° (pour l’acier) On maintient en température On refroidit très lentement (On laisse les pièces dans le four éteint)

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Familles de matériaux

Alliages ferreux à graphite lamellaire

Fontes

è

Mati res plastiques

à graphite sphéroïdal

Malléables

Non alliés Faiblement alliés

Aciers

Fortement alliés …

Alliages non ferreux Alliages d’aluminium

  x   u   a   i          é   r   t   a   m   e   d

  s   e   l   l   i   m   a   F

Matières composites

Alliages de cuivre … TN01

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Désignation

La désignation des matériaux ne peut pas s’affranchir de l’évolution technologique. Elle subit fréquemment des modifications. Un ingénieur doit pouvoir s’adapter entre plusieurs normes en fonction des situations : Ancienne norme française Nouvelle norme européenne Désignation numérique Norme américaine Appellation commerciale des fabricants

Exemple

Fonte à graphite lamellaire

EN-JL 1030

EN-GJL-200

FGL 200

Désignation numérique

Désignation symbolique

Ancienne désignation

Deux désignations sont actuellement en service:

Désignation symbolique en usage courant. Désignation numérique mieux adaptée au traitement informatique. TN01

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Alliages ferreux

Ce sont principalement des alliages de fer Fe et de carbone C,

é

é é

…

ventuellement compl t s de Nickel Ni Ni,, Chrome Cr Cr,, Silicium Si Si,,

Aciers

Fontes

% en carbone < 2,1% Acier Non alliés

% en carbone > 2,1% Fontes à graphite lamellaire : GJL Fontes sphéro ï dal dal : GJS Fontes malléables : GJMW, GJMB

Aciers faiblement alliés Acier fortement alliés Acier rapides

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Obtentions des fontes

La fonte s'obtient dans les hauts fourneaux à partir de minerai de fer et du coke (carbone). L'élévation de température conduit à la fusion de la charge et à la transformation chimique, ce qui permet d’obtenir de la fonte liquide et des résidus: laitier et gaz

Minerai de fer : Hématite TN01

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Coke

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Fontes

Fe + C : % en carbone > 2,1% Fontes à graphite lamellaire GJL

Fontes sphéro ï dal dal GJS L’addition de petites quantités de magnésium améliore la résilience et les caractéristiques mécaniques Moulage plus complexe

Très facilement facilement moulables moulables et usinables usinables Matériaux peu résistants aux chocs

Pourcentage de l’allongement après la rupture Symbole

Symbole

EN   - GJL   - 300

EN   - GJS   - 300 - 22

Préfixe

Préfixe Valeur de la résistance minimale à la rupture rupture par extensi extension on

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Valeur de la résistance minimale à la rupture rupture par extensi extension on Hocine Hocine KEBIR

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Fontes

Fe + C : % en carbone > 2,1% Fontes malléables GJMW -GJMB Obtenues par un traitement thermique de recuit Malléabilité améliorée à cœur

blanc (white)

à cœur

Pourcentage de l’allongement après la rupture

noir (black)

Pourcentage de l’allongement après la rupture

Symbole Symbole

EN   - GJMW - 300 - 22

EN   - GJMB - 300 - 22

Préfixe

Préfixe Valeur de la résistance minimale à la rupture rupture par par extensio extensionn

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Valeur de la résistance minimale à la ruptur rupturee par extensi extension on 18 /33

 

Aciers

Fe + C : % en carbone < 2,1%

Acier Non alliés

Aciers d’usage courant

…

Aciers Aciers faiblement alliés

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Acier fortement alliés

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Obtentions des Aciers

Il est obtenu à partir de la fonte liquide dans un convertisseur. Le passage de la fonte à l'acier s'effectue grâce à l'insufflation d'oxygène pur pour éliminer l'excédent de carbone et d'impuretés par brûlage.

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Aciers d’usage courant

Valeur minimale de la limite élastique en MPa

Valeur minimale de la limite élastique en MPa

S 235

E 295

Symbole pour aciers d’usage général

Symbole pour aciers de construction

S’il s’agit d’un acier moulé, la désignation est précédée de la lettre G

GE 295 Ces aciers ne conviennent pas pour un traitement thermique TN01

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Aciers Non Alliés

Teneur en manganèse < 1% Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée par 100. Soit 0.40% de carbone

C 40 Symbole pour acier non allié

S’il s’agit d’un acier moulé, la désignation est précédée de la lettre G

GC 25 Ces aciers conviennent pour traitement thermique et forgeage TN01

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Aciers faiblement alliés

Teneur en manganèse < 1% Teneur de chaque élément d’alliage < 5%

Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée par 100, soit 0.25 %

’addition és dans symboles Un ou plusieurs des élégroupes ments dde lettes rang qui sont les l’ordre des teneurs décroissantes. Ici, Chrome (Cr) et Molybdène (Mo)

25 Cr Mo 4-25 é dans le même ordre que les éléments d’alliages, et indiquant le de nombre rang %Une de suite la teneur moyenne de schaque élément. Les teneurs sont multipliées par un coefficient variable en fonction des éléments d’alliage.

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Aciers faiblement alliés

Coefficient multiplicateur Élément d’alliage

Coef.

Élément d’alliage

Coef.

Cr, Co, Mn, Ni, Si, W

4

Ce, N, P, S

100

10

B

1000

Al, Be, Cu, Mo, Pb, Ta, TI, V,Zr

25 Cr Mo 44-25 1% de chrome (4/4 = 1) et 2.5% de Molybdène (25/10 = 2.5)

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Aciers fortement alliés

Teneur d’au moins un élément d’alliage ≥ 5% Désignation symbolique proche de celle des aciers faiblement alliés sauf pour les % des éléments d’addition

Pourcentage de en la teneur moyenne carbone multipliée par 100, soit 0.05 %

Un ou groupes rang de lettes quil’ordre sont les des éléplusieurs ments d’addition és dans dessymboles teneurs décroissantes. Ici, Chrome (Cr) et Nickel (Ni)

X 5 Cr Ni 18 18--10 Symbole acier fortement allié Une suite de le la même ordre que lesdeéléchaque ments d’alliages, et nombre indiquantrang le é%s dans réél de teneur moyenne élément. Ici, 18 % de Chrome et 10 % de Nickel

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Alliages Non ferreux Bien que ne représentant que 10 % des matériaux métalliques utilisés industriellement, les alliages non ferreux n’en restent pas moins utilisés pour certaines de leurs propriétés spécifiques : masse volumique faible, propriétés électriques, résistance à la corrosion et à l’oxydation, facilité de mise en oeuvre. Ces avantages l’emportent dans certaines applications, malgré le coût de revient plus élevé de ces alliages.

Alliages d’aluminium

Alliages de cuivre

Alliages non ferreux … TN01

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Alliages d’aluminium Notre planète est composée de plusieurs éléments : l’oxygène à 47%, le silicium à 28%, l’aluminium à 8%, le fer vient ensuite à 5%.

Nous le rencontrons à l’état d’oxyd oxydes es : alumin aluminee (Al2 O3) et alun (sulfate d’aluminium). Le minerai le plus utilisé pour la production industrielle est la bauxite.

L’aluminium est trois foisIlplus ger estlétr utilisl’éacier. ès que en aéronautique TN01

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Alliages d’aluminium

Codage numérique

Éventuellement suivi par une désignation utilisant les symboles chimiques des éléments d’alliage suivis de nombre indiquant leur teneur centésimale dans l’alliage. Ici, 10 % de silicium et des traces de magnésium

EN-ABENAB- 430 43000 00 [Al [Al Si Si 10 Mg] Mg] Préfixe

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A : Symbole métallurgique de l’aluminium B : Alliage moulé

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Alliages de cuivre

Le cuivre allié

Les Alliages De Cuivre

Teneur de l’élément d’alliage ≤ 1%

Teneur d’au moins un élément d’alliage ≥ 1% Symbole de l’ élément d’addition avec sa teneur en pourcentage, ici :Zinc 36 %

Symbole de l’élément d’addition avec sa teneur en pourcentage. Ici Chrome 1%

’éé ’ dSymbole additiondeavec l l sament teneur en

pourcentage, ici : Plomb 2 %

Cu Cr1

Cu Zn 36 Pb 2

Symbole du cuivre Symbole du cuivre

On appelle « bro bronze nze » un alliag alliagee de cuivre cuivre et d’étai d’étain, n, exemple exemple : CuSn12 laiton » un alliag On appelle « laiton alliagee de cuivre cuivre et et de zinc, zinc, exempl exemplee : CuZn15 TN01

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Tableau des éléments chimiques Élément d’alliage Aluminium Antimoine Argent Azote Bérylium

Symbole chimique

Bismuth Bore Cadmium Cérium

Bi B

Chrome Cobalt Cuivre Etain Fer Gallium Lithium TN01

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Élément d’alliage Magnésium Manganèse Molybdène Nickel Niobium

Symbole chimique

Phosphore Plomb Silicium Soufre

P Pb

Sr Ti

Sn

Strontium Titane Tungstène Vanadium

Fe Ga

Zinc Zirconium

Zn Zr

Al Sb Ag N Be

Cd Ce Cr Co Cu

Mg Mn Mo Ni Nb

Si S

W V

Li Hocine Hocine KEBIR

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Matières composites Un composite est l’assemblage de plusieurs matériaux non miscibles de nature différente et dont les qualités se complètent afin d’obtenir un matériau hétérogène dont les performances sont supérieures à celles de ses composants.

Composite =Matrice + Renfort Le renfort : constitue le squelette de la pièce et qui supporte l’essentiel des efforts La matrice : et assure l’ensemble,des répartit les efforts joue launliaison rôle dedeprotection renforts En industrie, les matériaux composites ont différents domaines d'application : électricité et électronique, bâtiment et travaux publics, transports routiers, ferroviaires, maritimes, aériens et spatiaux, sports et loisirs (skis ,raquette de tennis ,planche à voile, surf,…)

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Coupe d’une planche à voile

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Matières plastiques Un plastique est un mélange dont le constituant de base est une résine sine,, ou polymère re,, à laquelle on associe des adjuvants (renforts, plastifiants, stabilisants, anti-oxydants anti-oxydants,, …) et des additifs (pigments et colorants, lubrifiants,…)

Plastique = Polymère + Adjuvants + Additifs Casque de moto

  s   e   u   q    i    t   s   a    l   p     x   u   a   p    i   c   n    i   r    P

Coque en polycarbonate Intérieur en néoprène

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Fin TN01

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