Chapitre 16 Alliages non ferreux Plan du chapitre

Chapitre 16 : Alliages non ferreux Plan du chapitre : • Aluminium • Cuivre • Plomb • Zinc • Titane

Aluminium (1) Propriétés de l’aluminium pur Tf = 660 °C CFC d = 2, 7 à 20 Conductibilité électrique = 60 % Cu

Aluminium (2) Alliages légers ØAlliages de fonderie : Alpax (Al + Si) ØAlliages résistants à la corrosion : Al + Mg ØAlliages à bonne résistance mécanique : dularium (Al + Cu + Mg) ØAlliages pour conducteurs électriques : Al + Mg + Si

Aluminium (3) Problèmes des contacts ØAcier : en atmosphère polluée, détérioration de Al par acier. ØCuivre ØPlâtre et ciment : marques blanches ØChêne et châtaigner : attaques acides.

Aluminium (4) Principaux alliages ØAlliages au cuivre (duralumin) : bonnes coulabilité et usinabilité, mauvaise résistance à la corrosion. ØAlliages au silicium (alpax) : bonnes coulabilité et résistance à la corrosion, mauvaise usinabilité. ØAlliages au magnésium (duralinox) : excellente résistance à la corrosion. ØAlliages au zinc : meilleure résistance mécanique.

Aluminium (5) Usages ØLégèreté, ØLongévité, ØConductibilité, ØDuctilité, ØAdaptabilité, ØEsthétique, ØRecyclage. Travail de l’aluminium ØUsinage ØDéformations plastiques (pliage, cintrage) : à froid pour l’aluminium et les alliages ductiles, à chaud pour les alliages dont la dureté est plus grande. ØAssemblages : rivets, boulons, vis, soudage, collage.

Aluminium (6) Exemple d’utilisation (a) (b) L’Audi A 8 qui a un chassis en aluminium. Le chassis en aluminium, montrant quelques composants fabriqués par extrusion, travail des métaux en feuille et fonderie. Source: ALCOA, Inc.

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Cuivre (1) Propriétés du cuivre pur Tf = 1083 °C CFC d = 8, 9 Rm = 200 MPa Re = 30 MPa E = 112000 MPa A > 50 % Très bonne conductibilité électrique

Cuivre (2) Alliages de cuivre ØCuivre faiblement allié : on retiendra essentiellement Cu + 1 % Cr pour les électrodes de soudage par point. ØLaiton (Cu + Zn) : bonnes usinabilité, coulabilité, résistance mécanique, ductilité et résistance à la corrosion. Utilisé pour les engrenages et le brasage notamment.

Cuivre (3) Alliages de cuivre Le diagramme Cu-Zn est le diagramme de base des laitons qui sont soit des alliages de teneur en Zn comprises entre 15 et 30 % en masse de Zn soit de l'ordre de 45% en masse (laiton b)

Cuivre (4) Alliages de cuivre ØCupro-aluminium (Cu + Al) : identique au bronze mais meilleure résistance à la corrosion. Utilisé pour les hélices marines. ØBronze (Cu + Sn) : coulabilité bonne mais mauvaise usinabilité. Utilisé pour les monnaies, robinetteries, coussinets, …

Cuivre (5) Alliages de cuivre Bronze monophasique a (malléables) Bronze biphasique a + d (fonderie) Les alliages Cu-Sn sont à la base des divers nuances de bronze. Ils sont parmi les tous premiers matériaux métalliques mis œuvre par l'homme par fonderie.

Cuivre (6) Alliages de cuivre ØCupro-nickel (Cu + Ni) et maillechort (Cu + Ni + Zn) : bonnes ductilité, résistance mécanique et résistance à la corrosion. Utilisés pour les monnaies, articles ménagers, scientifiques, clefs, … Anneau extérieur : cupro-nickel Anneau extérieur : maillechort

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Plomb (1) Propriétés du plomb pur Tf = 327 °C CFC d = 13, 3 Rm = 25 MPa Re = 1, 4 MPa E = 16700 MPa A = 30 % Résistance à l’eau, à l’air et à H 2 SO 4 Absorbe les Rx et les Rg

Plomb (2) Usages principaux Øfabrication d’accumulateurs (30 %) ; Øprotection de câbles électriques souterrains (15 %) ; Øindustrie chimique comme revêtement anti-corrosion ; Øprotection contre les radiations ; Øplomb de chasse (Pb durci par As et Sb) 5 % des débouchés ; Øsoudure à bas point de fusion ; Øfabrication du cristal ; Øalliages anti-friction pour coussinets : le plomb y joue le rôle de matière tendre et déformable, facilitant la lubrification de l’arbre de rotation.

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Zinc (1) Propriétés du zinc pur Tf = 419 °C HC d = 7, 1 Résistance mécanique diminue avec sa pureté Crée une couche protectrice en présence d’humidité Difficilement déformable à froid

Zinc (2) Usages ØToitures, corniches, gouttières ØGalvanisation ØPile sèche

Zinc (3) Alliages de zinc Alliages de fonderie uniquement avec toujours de l’aluminium et des additions de cuivre et de magnésium. ØAluminium : améliore la coulabilité et les propriétés mécaniques mais avec une limite à 4, 3 % pour avoir une bonne tenue à la résilience. ØCuivre : améliore la dureté et la limite à la rupture avec une limite à 1 % à cause du durcissement structural. ØMagnésium : améliore la dureté mais diminue la coulabilité. Il est limité à 0, 06 %.

Zinc (4) Alliages de zinc 2 familles principales : le zamak et le kayem • Zamak : bonne fluidité, permet l’obtention de petites pièces complexes. Il existe le zamak 3 et le 5. Nuance Al (%) Cu (%) Mg (%) Autres (%) Rm (MPa) A (%) Z-A 4 G 3, 9 – 4, 3 0 – 0, 10 0, 03 – 0, 6 Fe < 0, 100 Pb < 0, 005 280 5 Z-A 4 U 1 G 3, 9 – 4, 3 0, 75 – 1, 25 0, 03 – 0, 06 Cd < 0, 005 Sn < 0, 002 340 4

Zinc (5) Alliages de zinc • Kayem : dureté et résistance à l’usure plus grandes. Utilisé pour l’outillage de presses, matrices, poinçons ou moules. Il existe le kayem 1 et le 2. Nuance Al (%) Cu (%) Mg (%) Rm (MPa) HB A (%) Z-A 4 U 3 G 3, 9 – 4, 3 2, 75 – 3, 25 0, 03 – 0, 06 280 100 – 110 1– 2 Z-A 4 U 3 G 2 3, 9 – 4, 3 2, 75 – 3, 25 1, 5 – 2 340 140 – 150 0, 5

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Titane (1) Propriétés du titane pur Tf = 1670 °C HC d = 4, 51 Résistance à la corrosion élevée Biocompatibilité Bonne résistance à la fatigue Résilience élevée

Titane (2) Usages ØTurboréacteurs, turbines à gaz ØPompes, tuyauteries ØBielles ØBlindage ØProthèses – dentisterie ØCannes de golf – articles de sport ØHorlogerie, lunetterie ØBâtiment

Alliages d ’Aluminium (légers) 18 Aciers inoxydables, hautes sollicitations 20 Infos: densités des métaux Magnésium, 1, 7 g/cm³ Aluminium, 2, 7 g/cm³ Zinc, 7, 1 g/cm³ Fer, 7, 9 g/cm³ Cuivre, 8, 9 g/cm³ Titane 4, 5 g/cm³ 1 Acier S 235 2 1, 7 Fontes GJL 4 0, 8 0, 6 Indice de prix référent Alliages de Zinc 5 Aciers fortement alliés 6 Aciers faiblement alliés 7 Aciers type C X fois l ’indice de prix référent 10 Alliages de Titane 30 28 Alliages de Cuivre Prix des alliages 50 Téflon [ PTFE ] Araldite [ EP ] Plexiglas [ PMMA ] Les PVC [ U ou P ] Polystyrène [ PS ]