Typologie Des Matériaux Doc-Prof MOUKHTARI

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

Typologie des Matériaux : Elaboration

Nom : Doc Professeur

I. 

Mise en Situation : Un bon produit, c’est-à-dire qui fonctionne bien, a un bon rapport qualité/prix et donne satisfaction à l’utilisateur, utilise les matériaux les mieux adaptés et en exploite pleinement le  potentiel et les caractéristiques. Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets et mis en œuvre en vue d'un usage spécifique. Toute matière entrant dans une construction devient un matériau .

Prenons un exemple que vous connaissez bien, une bicyclette. Nous constatons que de très nombreux matériaux sont utilisés :

- de l’acier ou des alliages légers pour le cadre, - du caoutchouc pour les pneumatiques, - de la matière plastique pour les phares, - du cuivre pour les fils du circuit électrique, ... Pour chacune de ces pièces le choix du matériau à utiliser  s’est fait en fonction de ses caractéristiques    (propriétés, aptitudes)  qui lors caractéristiques vontdepermettre à la pièce devant les sollicitations de son environnement son utilisation.

de bien se comporter

* On appelle Matériau ,toute matière entrant dans la fabrication d’un objet

II. 

Choix d’un matériau : Aujourd’hui, avec un nombre de matériaux plus important que jamais, estimé entre 40000 et 80000 le concepteur doit choisir dans ce vaste éventail le matériau le mieux adapté à son  problème. Les spécifications fonctionnelles de chaque composant constituent les données de  base pour le procédé de choix des matériaux, ces spécifications constituent la première étape de processus d’optimisation du choix des matériaux pour une application donnée.

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 1 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

III. 

Typologie des Matériaux : Elaboration

Nom : Doc Professeur

principales familles de matériaux : On classe habituellement les matériaux en quatre grandes familles : 

3.1. Les matériaux métalliques : 3.1.1.  Les alliages  ferreux  ferreux  : On distingue le fer et ses alliages (la fonte et l’acier). l ’acier).  3.1.2.  Les alliages non ferreux :   - L’aluminium et ses alliages. 

- Le cuivre et ses alliages. - Le zinc et ses alliages.  3.2. Les matériaux non métalliques : 3.2.1.  Les plastiques :

Produites essentiellement à partir du pétrole, les matières plastiques sont l’un des symboles du XXe siècle et sont présentes partout : automobile, aéronautique, bureautique, audiovisuel, emballage,… La bakélite (1909) est le plus ancien plastique entièrement synthétique. Il existe également des plastiques naturels : résines, goudron,…. On distingue deux catégories :   

Les termoplastiques  termoplastiques : Ils ramollissent et se déforment sous l’action de la chaleur. Ils peuvent être refondus et remodelés un grand nombre de fois.  

 

Les thermodurcissables thermodurcissables : Ils ne se ramollissent pas sous l’action de la chaleur Une fois crées il n’est pas possible de les remodeler par chauffage. 

3.2.2.  Les composites : de façon générale, ils sont

la combinaison macroscopique de deux ou plusieurs matériaux. Chaque matériau permet de remplir une fonction  particulière. 

Exemples :

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 2 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

IV. 

Typologie des Matériaux : Elaboration

Nom : Doc Professeur

Elaboration des matériaux métalliques :

4.1. Elaboration des matériaux métalliques ferreux : 4.1.1.  Elaboration de la Fonte :  :  4.1.1.1.  Matières Premières : a)  Minerais de fer :

Le fer s’y trouve essentiellement combiné sous forme d’oxyde ferrique ou oxyde magnétique Fe3O4 (magnétite).le fer en sera ddonc onc eextrait xtrait par réduction. b)  Coke métallurgique :

Le coke est du carbone presque pur Il est utilisé comme un puissant réducteur dans les hauts-fourneaux le coke apporte la chaleur nécessaire à la fusion du minerai et le carbone nécessaire à sa réduction. 4.1.1.2. 

Principe d’élaboration :

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

4.1.2.  Elaboration de l’Acier :

L’acier s'élabore actuellement de deux manières :    Soit en convertisseur, à partir de la fonte liquide dans les aciéries à l’oxygène avec réduction du carbone.   Soit au four électrique, à partir de ferrailles dans les aciéries électriques (acier de recyclage).

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 3 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

Typologie des Matériaux : Elaboration

Nom : Doc Professeur

Étapes d'obtention de l'acier a)  Acier à l’oxygène :

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 bbrûlage. rûlage. Ci-dessous Ci-dessous le schéma schéma de principe principe de l’élaboration.

Principe d'une élaboration d'acier à l'oxygène  Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 4 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

Typologie des Matériaux : Elaboration

Nom : Doc Professeur

b)  Acier à électrique : 

Il est surtout obtenu à partir de ferrailles refondues dans un four électrique. La fusion est obtenue  par des arcs électriques. L'opération comporte trois phases : fusion, oxydation, décrassage du bain ; puis coulée de l'acier. (Voir les schémas de principe). 

Schémas de principe d’une obtention d’acier électrique  4.2. Elaboration des matériaux métalliques non ferreux : 4.2.1.  Elaboration de l’aluminium :

L’aluminium figure comme le troisième élément de l’écorce terrestre en quantité, après l’oxygène et le silicium. Nous le rencontrons à l’état d’oxydes   : alumine  (Al2 O3).Le minerai le bauxite..  Son nom provient du lieu de sa  plus utilisé pour la production industrielle est la bauxite  première découverte découverte en 1821 aaux ux Baux-de-Provence. Baux-de-Provence. 

Traitements de la bauxite pour l'obtention de l'alumine puis l’aluminium Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 5 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

Typologie des Matériaux : Elaboration

Nom : Doc Professeur

4.2.2.  Elaboration de cuivre : 4.2.2.1.  Généralités :

Le minerai de cuivre est exploité si sa teneur en cuivre pur est comprise entre 1 et 15%. Le minerai de cuivre se présente sous plusieurs formes dont :   Les minerais sulfurés : la bornite, la chalcopyrite (le plus courant, il est de couleur or).  

4.2.2.2.

D’autres minerais : l’azurite 2Cuco3 (bleue), la malachite Cuco3 (verte). Traitement Des Minerais De Cuivre :  

Le minerai de cuivre est concassé par des opérations mécaniques. La poudre obtenue est agglomérée sous la forme de briquettes. Leur fusion est réalisée dans un four réverbère où il est transformé en  matte. La matte est parcourue par un courant d’air dans un convertisseur, il sera réduit en cuivre blister à 99 % de cuivre et 1 % d’impuretés. L’affinage du cuivre blister est effectué avec l’aide d’une injection sous pression d’oxygène dans un fo four ur à fusion, il sera coulé en plaques. Ensuite, ces plaques (anodes) sont plongées plongées dans une cuve d’électrolyse où le métal se dépose sur des cathodes. Les cathodes sont ensuite coulées en barres, lingots, billettes,

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 6 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

I. 

Typologie des Matériaux : Propriétés

Nom : Doc Professeur

Mise en situation :

Les propriétés sont d’une impo importance rtance capitale po pour ur la connaissance connaissance des matériaux. Leur détermination se place donc en premier plan dans le domaine du contrôle des métaux. C’est L’ensemble des caractéristiques, déterminées et contrôlées de toutes les manières qui donnent une idée complète des possibilités de mise en valeur et d’utilisation du métal. II.  Propriétés principales : On distingue :

Propriétés physiques.   Propriétés chimiques.   Propriétés mécaniques.  

2.1. Propriétés physiques : Principales propriétés physiques : Principales  La structure Cristalline :  la

structure de base des métaux est constituée par un arrangement ordonné des aatomes tomes appelée appelée sstructure tructure cristalline. cristalline. Un cristal peut être décrit à partir d’une maille élémentaire qui reproduite dans les trois directions de l’espace permet de reconstituer le volume.



: à l’intérieur  Maillesforment des grains, les atomes, en les cristallins uns avec les autres, disposés régulièrement, des empilements compacts. Lescontact réseaux ainsi formés sont appelés mailles. Les mailles rencontrées le plus fréquemment sont la maille cubique centrée, la maille cubique à faces centrées et la maille hexagonale compacte. a- Système Cubique Centré : CC  La maille élémentaire possède un atome à chacun de ses sommets et un atome en son centre (9 atomes). Parmi les métaux cristallisant dans le CC : le fer α, le Cr, Mo, W et Va… b- Système Cubique à Face Centré : CFC 

Le cube élémentaire possède un atome à chaque sommet et un atome au centre de chacune de ses 6 faces (14 atomes). Parmi les métaux cristallisant dans le CFC : Le fer γ, Ni, Cu, Al, Or,… c- Système Hexagonal Compacte : HC 

Les atomes occupent les sommets et le centre des 3 prismes triangulaires composants un  prisme hexagona hexagonall de hauteur varie de 1.6 à 1.9 fois le coté représentant la maille élémentaire Parmi les métaux cristallisant dans le HC : Mn, Zinc, Cadmium et le titane. Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 7 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

Typologie des Matériaux : Propriétés

Nom : Doc Professeur

La couleur : Varie d'un métal à un

autre, facilite son identification : jaune .  Cuivre : rouge, Or :  jaune

Le point de fusion :

la température de fusion d'un métal pur est toujours identique (la

même) Mercure : -38 °C   Fer : 1530 °C

 

   

Cuivre

:

°C   Aluminium : 660 °C Tungstène : 3400 °C

1080 °C

Masse volumique :

volume,, elle s'exprime en : Cette caractéristique indique la masse par unité de volume 3   Kilogramme par mètre cube (Kg/m ) 3   Kilogramme par décimètre cube (Kg/dm ) (unité usuelle de la densité : ). 3   Gramme par décimètre cube (g/dm ).  

Conductibilité : Propriété que possède un corps de transmettre la chaleur, l’électricité ou certaines vibrations.  vibrations.  Dilatabilité : Propriété qu’ont les corps de se dilater, d’augmenter de volume souvent due à la chaleur.   chaleur.

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 8 / 15 

 

Date :

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Classe : 2STM 

Nom :

Typologie des Matériaux : Propriétés

Doc Professeur

2.2. Propriétés chimiques :

Résistance à la corrosion sous l'action de l'Oxygène l 'Oxygène :               

Fer : S’oxyde rapidement.  Aluminium Zinc Oxydation superficielle. Etain  Nickel Chrome Or

Aucune réaction (inoxydable ).

2.3. Propriétés mécaniques :

Caractérise le comportement (la réaction) du métal quand on le soumet à des forces  pour le déformer. Elles Elles sont déterminées par des essais mécaniques normalisés. - ténacité :

Résistance qui oppose les matériaux à leur rupture sous un effort de déformation lent et continuEx(aptitude à absorber de l’énergie).  l’énergie).    : traction, flexion, cisaillement.  cisaillement. - élasticité :

Propriété nécessaire pour des pièces devant subir une déformation passagère Ex : ressort, etc.  etc.  - résilience :

Résistance d’un métal aux chocs. - fragilité :

Résistance qui oppose un corps pour se rompre soumit à un effort brusque. Ex : clavette de cisaillement.  cisaillement.  - dureté :

Résistance qu’opposent qu’opposent les corps à la pénétration d’autres corps. - ductilité :

Aptitude d’un matériau à subir les déformations. déformations.   2.4. Tableau récapitulatif :

Matériau ER

Couleur Gris brillant

Masse Volumique 3 (Kg/dm )

Résistance Température 2 Rm(N/mm ) de fusion(°C)

7.86

1530 660

ALUMINIUM

Blanc brillant

2.7

CUIVRE

Orange rouge

8.92

ZINC

Gris bleu

7.10

420

ETAIN

Blanc gris

7.3

230

PLOMB

Gris foncé

11.34

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

220

15

Lycée AL FATH

1080

330

Autre propriété remarquable

- S’oxyde rapidement - Conduit bien la chaleur - Conduit bien la chaleur - Très bonne conductibilité électrique - Excellente coulabilité - Résiste bien à la corrosion -Conductibilité électrique médiocre - S’oxyde peu

Doc : Page 9 / 15 

 

Date : Classe : 2STM 

I. 

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Nom :

Typologie des Matériaux :

Doc Professeur

désignation de matériaux

Introduction :

La désignation symbolique des aciers est composée de lettres et de chiffres/nombres, écrits en général sans espace entre eux. Ces symboles expriment des caractéristiques  principales et des caractéristiques liées aux propriétés d’emploi, par exemple des caractéristiques mécaniques, physiques ou chimiques. II.  ALLIAGES FERREUX : 2.1.  Aciers Alliés

ACIERS ALLIES

FAIBLEMENT ALLIÉS

FORTEMENT ALLIÉS

Aucun élément d’addition n’atteint la

Un élément d’addition atteint au

5%  teneur de 5% 

moins la teneur de …5% 

Pas de Symbole

Symbole X 

Un nombre entier, égal à cent fois le 

Un nombre entier, égal à cent fois le 

pourcentage de la teneur moyenne en carbone  

pourcentage de la teneur moyenne en carbone  

Un, ou plusieurs groupes de lettres, qui sont les symboles chimiques des éléments s’addition symboles 

Un, ou plusieurs groupes de lettres, qui sont les

rangées dans l’ordre des teneurs décroissantes.  

symboles chimiques des éléments s’addition

rangées dans l’ordre des teneurs décroissantes.   Une suite de nombres, rangés dans le même ordre que les éléments d’addition, et indiquant le pourcentage de la teneur moyenne de chaque élément ces teneurs

Une suite de nombres, rangés dans le même ordre

sont multipliées par un facteur. 

que les éléments d’addition, et indiquant le pourcentage de la teneur moyenne de chaque élément ces teneurs sont des pourcentages réels. 

Elément simple

Aluminium Azote Béryllium Bismuth Bore Cuivre

Symbole chimique

Symbole AFNOR

AL N Be Bi B Cu

A Be Bi B U

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Elément simple

Etain Fer Lithium Magnésium Manganèse Plomb

Symbole chimique

Symbole AFNOR

Sn Fe Li Mg Mn Pb

E Fe G M Pb

Lycée AL FATH

Elément simple

Silicium Soufre Strontium Tantale Titane

Symbole chimique

Symbole AFNOR

Si S Sr Ta Ti

S F T

Doc : Page 10 / 15 

 

Date : Classe : 2STM 

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Nom :

Typologie des Matériaux :

Doc Professeur

désignation de matériaux

Domain d’application :  Acier fortement fortement allié : matériel de travaux publics

construction métallique, industrie

alimentaire, instrument de chirurgie, tubes  Acier faiblement allié allié : arbre, tiges de piston,

engrenage, cames, cage de roulement.

Exemples :  

Aciers Faiblement alliés :

 

Aciers Fortement alliés :

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 11 / 15 

 

Date : Classe : 2STM 

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Nom :

Typologie des Matériaux :

Doc Professeur

désignation de matériaux

2.2. Aciers non alliés :

Domaine d’application :  Acier non allié : pièce d’usure, câbles, fils, ress ressort. ort. Exemples : S235 : acier d'usage général, dont la limite minimale apparente d’élastique Re = 235MPa E320 : acier de construction mécanique, dont la limite minimale apparente d’élastique Re = 320MPa C 35 :

Acier non al allié lié à 0,35% de ca carbon rbonee

GS 335 : acier d'usage général moulé, dont la limite minimale apparente apparente d’élastique d’élastique Re = 335

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

MPa.

Doc : Page 12 / 15 

 

Date : Classe : 2STM 

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Nom :

Typologie des Matériaux :

Doc Professeur

désignation de matériaux

2.3. Les fontes :

Les fontes à Graphite Lamellaire :

Les fontes à graphite lamellaire, appelées appelées « fontes grises » sont sont très utilisées car elles : - Sont économiques, économiques, - Amortissent bien les vibrations, - Ont une bonne coulabilité et usinabilité, - Sont peu oxydables ox ydables,, - Ont une bonne résistance à l'usure par frottement, - Résistant bien aux sollicitations de compression. Utilisation : carters, bâtis, blocs moteur, pièces aux formes complexes Les fontes malléables à Graphite Sphéroïdale:

Les fontes à graphite sphéroïdale sont obtenues  par adjonction d'une faible quantité de magnésium avant moulage. Elles sont plus légères et ont une meilleure résistance mécanique que les fontes grises. Utilisation : étriers de freins, vilebrequins, tuyauteries soumises à hautes pressions NB : GJMW : Fonte malléable malléable à ccœur œur blanc (white)  GJMB : Fonte malléable à cours noire ( black ) Exemple : EN-GJL-250 : Fonte à graphite Lamellaire dont la résistance à la rupture par traction Re= 250MPa Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 13 / 15 

 

Date : Classe : 2STM 

III. 

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Nom :

Typologie des Matériaux :

Doc Professeur

désignation de matériaux

ALLIAGES NON FERREUX :

3.1.  Aluminium et ses alliages :

L'aluminium est obtenu à partir d'un minerai appelé bauxite. Il est léger (densité = 2.7), bon conducteur d'électricité et de chaleur. Sa résistance mécanique est faible, il est ductile et facilement usinable. Il est très résistant à la corrosion. Utilisation : aéronautique du fait de sa légèreté l égèreté Désignation : la désignation utilise un code numérique. Il peut

éventuellement être suivi par une désignation utilisant les symboles éventuellement chimiques. Exemple : Si)  (alliage d'aluminium avec 4% de cuivre, du Magnésium et du Silicium EN-AW-2017 (Al Cu 4 Mg Si)

(moins de 4%)) 3.2. Cuivres et ses alliages :

Il de très nombreux alliages de cuivre les plus connus sont : les bronzes, les laitons, lesexiste cupro-aluminiums, les cupronickels et lesdont maillechorts.

Les laitons  sont faciles à usiner ont une bonne décolletées, bonne résistance à tubes, la corrosion. Ils peuve peuvent nt être moulés ou forgés. Ils sont utilisésetpour les pièces   Les bronzes ont une bonne résistance à la corrosion, un faible coefficient de frottement et

sont faciles à mouler. Ils sont utilisés pour réaliser, entre autre, les coussinets et bagues de frottement. Désignation : c'est un code

numérique. Il peut éventuellement être suivi par une désignation utilisant les symboles chimiques. Exemple : CW612N (Cu Zn 36 Pb 3) : (alliage de cuivre avec 36% de Zinc et 3 % de Plomb)

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 14 / 15 

 

Date : Classe : 2STM 

IV. 

Sciences de l’Ingénieur/Prod l’Ingénieur/Production uction / Alimenter

Nom :

Typologie des Matériaux :

Doc Professeur

désignation de matériaux

Désignation des Matériaux plastiques : THERMOPLASTIQUES

Symbole

Désignation

Utilisation

Acétate de cellulose Acétate de cellulose

CA ABS PMMA PA6/6 PA 11 PC PE hd PE bd PTFE POM PP PS PSB PVC U PVC P

Polyméthacrylate de méthile(PLEXIGLASS)  Polyamide type 6-6 (NYLON) Polyamide type 11 (NYLON) Polycarbonate Polyéthylène haute densité Polyéthylène basse densité Polytétrafluoréthylène (TEFLON) Polyoxyméthylène Polyoxyméthy lène (DELRIN) Polypropylène Polystyrène Polystyrène aux chocs Polychlorurerésistant de vinyle (rigide) Polychlorure de vinyle (souple)

Plus vieux plastique (1905). Peignes, Carrosserie Auto. Articles ménagers Transparent. Vitres, optiques d’éclairage Engrenages, coussinets Canalisations Transparent. Visières de casque. Poches plastiques, récipients Flacons, bidons Joints, patins de glissement Robinets, engrenages engrenages Tuyaux, bouteilles Emballages électroménagers Carters électroménagers électroménagers Canalisations Tuyaux, gaines isolantes 

THERMODURCISSABLES 

ELASTOMERES 

Symbole 

Symbole 

PF 21

Désignation 

Phénoplaste (BAKELITE)

Epoxyde (ARALDITE) Polyester UP Polyuréthanne PUR V.  Exercice : EP

 Expliquer

                   

NBR EPM FPM FKM

Désignation 

Butadiène-Acrylonitile Butadiène-Acrylonitile (PERBUNAN) Ethylène-Propylène Ethylène-Propylène Fluorocarbone Elastomère fluoré (VITON)

les désignations des matériaux  suivantes : 

EN-GJL-200. EN-GJMB-450-6. EN-GJS-400-18. EN-GJS-400-185-RT. Ft 20. 16 Ni Cr Mo 8-6. X 5 Cr Ni 20-10. GS 335. GC40. GE 52 .

EN AB-21 Cu Be 3. 000 Al Si 48.   Al Mg 4.    

Prof : EL MOUKHTARI EL Mustapha 

Lycée AL FATH

Doc : Page 15 / 15