Typologie des Matériaux - Cours 2ème S.T.M - PDF

COURS : 2ème S.T.M Prof. :Salah eddine CHOUIKH Unité : PRODUCTION Document : 1 / 10 TYPOLOGIE DES MATERIAUX TYPOLOGIE DES MATERIAUX 1- IDENTIFICATI...

COURS : 2ème S.T.M Prof. :Salah eddine CHOUIKH Unité : PRODUCTION Document : 1 / 10 TYPOLOGIE DES MATERIAUX TYPOLOGIE DES MATERIAUX 1- IDENTIFICATION DES MATERIAUX D’UN OBJET TECHNIQUE : Tous les jours des matériaux* sont fabriqués et utilisés pour réaliser les objets qui nous entourent, d’autres sont découverts. Si les matériaux naturels tels que : le bois, la pierre, l’argile,... furent les premiers à être utilisés par l’homme, il se développa au cours des siècles les techniques permettant : - d’extraire des métaux ( étain, cuivre, fer, aluminium etc...) à partir de minerais; - de les mélanger pour fabriquer des alliages ( acier, laiton, duralumin etc....); - de mettre au point des matières plastiques ( le PVC, le nylon, le plexiglass, l'aptuglas etc...) à partir d’éléments naturels comme le charbon, le pétrole, le bois, le gaz naturel,... Exemple : 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 vont permettre à la pièce de bien se comporter devant les sollicitations de son environnement lors de son utilisation. * On appelle Matériau ,toute matière entrant dans la fabrication d’un objet 2/ QUELQUES FAMILLES DE MATERIAUX : 2.1/) LES MATERIAUX NATURELS Le bois, l’argile, la pierre, le caoutchouc 2.2/LES METAUX matériaux extraits de minerais : l’étain, le cuivre, le fer, l’aluminium, le plomb 2.3/LES ALLIAGES Obtenus à partir de mélange de matériaux - alliages d’étain ( étain +plomb) - l’acier ( fer + carbone) - le laiton (cuivre + zinc) - le duralumin ( aluminium + cuivre )  COURS : 2ème S.T.M Prof. :Salah eddine CHOUIKH Unité : PRODUCTION Document : 2 / 10 TYPOLOGIE DES MATERIAUX 2.4/LES MATERIAUX COMPOSITES - fibre de verre - fibre de carbone 2.5/LES MATIERES PLASTIQUES Elles sont obtenus à partir d’éléments naturels tels que le charbon, le bois , le pétrole, le gaz naturel. - le nylon, le plexiglass, le P.V.C. 3/ QUELQUES INFORMATIONS SUR LES MATERIAUX. Principales caractéristiques Il est important de connaître les caractéristiques des matériaux utilisés en construction mécanique. Cette connaissance permet à l’agent de choisir les outils et les méthodes adaptés pour son intervention. Les caractéristiques les plus importantes des matériaux sont : La ténacité : Résistance qui oppose les matériaux à leur rupture sous un effort de déformation lent et continu (aptitude à absorber de l’énergie). ex : traction, flexion, cisaillement. La résistance à la corrosion : aptitude à résister à la corrosion par oxydation et par les agents chimiques (acides, gaz) La dureté : Résistance qu’opposent les corps à la pénétration d’autres corps. La résilience : Résistance d’un métal aux chocs. La masse volumique (en kg/m3) : très importante dans toutes les recherches d’allègement des objets techniques. La Conductibilité thermique : Aptitude à transporter la chaleur La conductivité électrique : c’est la capacité du matériau à être plus ou moins bon conducteur du courant électrique. La dilatabilité : Aptitude à se dilater (augmenter de longueur sous l’effet de la chaleur) La ductilité : Propriété d’un métal à s’étirer, s’allonger sans se rompre. La malléabilité : Propriété d’un métal à être façonné et réduit en feuilles. La Fusibilité : Aptitude d’un métal à passer à l’état liquide lorsqu’on élève sa température. La soudabilité : Aptitude à l’assemblage par soudage L’Usinabilité : Aptitude d’un matériau au façonnage par enlèvement de matière  COURS : 2ème S.T.M Unité : PRODUCTION PROCÉDÉS D’ÉLABORATION DES Prof. :Salah eddine CHOUIKH Document : 3 / 10 MATÉRIAUX PROCEDES D’ELABORATION DES MATERIAUX 1/ALLIAGES FERREUX 1.1/PRINCIPE D’ELABORATION DES ALLIAGES FERREUX a- Élaboration de la Fonte : a.1- Matières Premières : - Minerais de fer : Le fer s’y trouve essentiellement combiné sous forme d’oxyde ferrique ou oxyde magnétique Fe3O4 (magnétite).le fer en sera donc extrait par réduction. - 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. a.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 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. b- Élaboration 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).  COURS : 2ème S.T.M Unité : PRODUCTION PROCÉDÉS D’ÉLABORATION DES Prof. :Salah eddine CHOUIKH Document : 4 / 10 MATÉRIAUX La figure ci-dessous les Filières d'élaboration de l'acier : b.1- 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 brûlage. Ci-contre le schéma de principe de l’élaboration.  COURS : 2ème S.T.M Unité : PRODUCTION PROCÉDÉS D’ÉLABORATION DES Prof. :Salah eddine CHOUIKH Document : 5 / 10 MATÉRIAUX b.2- 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).  SCHEMAS DE PRINCIPE D’UNE OBTENTION D’ACIER ELECTRIQUE Phase de chargement Phase de chauffe 2/ ALLIAGES NON FERREUX 2.1 Élaboration de l’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’oxydes : alumine (Al2 O3) et alun (sulfate d’aluminium). Le minerai le plus utilisé pour la production industrielle est la bauxite. Son nom provient du lieu de sa première découverte en 1821 aux Baux-de-Provence. Sa teneur en alumine excède souvent les 50%.  COURS : 2ème S.T.M Unité : PRODUCTION PROCÉDÉS D’ÉLABORATION DES Prof. :Salah eddine CHOUIKH Document : 6 / 10 MATÉRIAUX  TRAITEMENTS DE LA BAUXITE POUR L'OBTENTION DE L'ALUMINE PUIS DE L’ALUMINIUM 2.2- Élaboration de cuivre : a/ Généralités : Le minerai de cuivre est exploité si sa teneur en cuivre pur est comprise entre 1 et 15%. 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.  COURS : 2ème S.T.M Prof. :Salah eddine CHOUIKH Unité : PRODUCTION Document : 7 / 10 DÉSIGNATION DES MATÉRIAUX DÉSIGNATION DES MATÉRIAUX 1.Mise en Situation On peut considérer les matériaux comme possédant chacun un jeu de caractéristique. Le concepteur ne recherche pas un matériau en tant que tel. Mais une combinaison de caractéristiques, un profil de propriétés.le nom du matériau est une façon d’identifier un profil de propriétés particulier, d’où le recours à la désignation pour identifier chaque matériau. 2. ALLIAGES FERREUX ACIERS ALLIES FAIBLEMENT ALLIÉS FORTEMENT ALLIÉS Aucun élément d’addition n’atteint Un élément d’addition atteint au la 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 pourcentage de la teneur moyenne en carbone carbone Un, ou plusieurs groupes de lettres, qui sont les Un, ou plusieurs groupes de lettres, qui sont les symboles chimiques des éléments s’addition symboles chimiques des éléments s’addition rangées dans l’ordre des teneurs rangées dans l’ordre des teneurs décroissantes. décroissantes. Une suite de nombres, rangés dans le même Une suite de nombres, rangés dans le même ordre que les éléments d’addition, et indiquant ordre que les éléments d’addition, et indiquant le pourcentage de la teneur moyenne de le pourcentage de la teneur moyenne de chaque élément ces teneurs sont multipliées chaque élément ces teneurs sont des par un facteur. pourcentages réels.  COURS : 2ème S.T.M Prof. :Salah eddine CHOUIKH Unité : PRODUCTION Document : 8 / 10 DÉSIGNATION DES MATÉRIAUX ACIERS non ALLIÉS D’usage général De construction mécanique Pour Traitement Thermique Symbole Symbole GS Symbole Symbole GC S G : pour pièce moulée C G : pour pièce moulée Symbole Symbole GE E G : pour pièce moulée Valeur de la limite minimum Valeur de la limite minimum Pourcentage de la valeur apparente d’élasticité par apparente d’élasticité par moyenne en carbone Extension en MPa Extension en MPa multiplié par 100  COURS : 2ème S.T.M Prof. :Salah eddine CHOUIKH Unité : PRODUCTION Document : 9 / 10 DÉSIGNATION DES MATÉRIAUX FONTES Fonte à Graphite Lamellaire Fonte Malléable Fonte à Graphite Sphéroïdal Préfixe Préfixe Préfixe EN EN EN Symbole Symbole Symbole GJL GJMB GJS R : résistance à la Rupture à R : résistance à la Rupture à R : résistance à la Rupture à l’extension en MPa l’extension en MPa l’extension en MPa A : Allongement en % après A : Allongement en % après rupture à l’extension rupture à l’extension Exemple Exemple Exemple EN-GJL 250 EN-GJMB 350-10 EN-GJS-700-2 R=250 MPa R=250 MPa et A=10% R=700 MPa et A= 4% 3- ALLIAGES NON FERREUX : ALLIAGES D’ALUMINIUM ALLIAGES DE CUIVRE Exemple de désignation : Exemple de désignation : Al Cu4 Mg Cu Zn 39 Pb2 Avec : Avec : AL : Symbole du métal de base ALUMINIUM. CU : Symbole du métal de base Cuivre. Cu4 :1er élément d’addition suivi de son pourcentage ZN 39 :1er élément d’addition suivi de son réel. Pourcentage réel. Mg :2ème élément d’addition suivi de son pourcentage Pb2 :2ème élément d’addition suivi de son réel. Pourcentage réel. Exemples d’alliage d’Aluminium : Exemples d’alliage de Cuivre : - ALPAX : Aluminium (Al) + Silicium (Si). - BRONZE : Cuivre (Cu) + Etain (Sn) Al Si 12 (Bonne moulabilité). Cu Sn 8 - DURALIUM : Aluminium (Al) + Cuivre (Cu). Matériau de frottement (Bague, douille, segments) Al Cu 4 Mg Si (Bonne usinabilité). - LAITON : Cuivre (Cu) + Zinc (Zn) - DURALINOX : Aluminium (Al) + Magnésium (Mg). Cu Zn 15 Al Mg 4 Bonne soudabilité Bonne usinabilité (robinetterie, pompe) (Pièces chaudronnées : Citernes, Tuyauterie). -CUIVRE AU BERYLIUM :Cuivre (Cu) +Bérylium (Be) Cu Be 2 (Ressorts, rondelles)  COURS : 2ème S.T.M Prof. :Salah eddine CHOUIKH Unité : PRODUCTION Document : 10 / 10 DÉSIGNATION DES MATÉRIAUX  Date : Unité : PRODUCTION Classe : 2 STM…….. Activités Doc. Elève Désignation des Matériaux Exercice 1 : Décoder les désignations suivantes : X 2 Cr Ni 19-11 :…………………………………………………………………………… 51 Si 7 : ………………………………………………………………………………………… C 55 : …………………………………………………………………………………………… S 355 : ………………………………………………………………………………………… GC 35 : ………………………………………………………………………………………… X 6 Cr Ni Ti 17-12 : …………………………………………………………………………… 30 Cr Ni Mo 8 : ………………………………………………………………………………… E 360 : ………………………………………………………………………………………… 20 Mn Cr 5 : …………………………………………………………………………………… GS235 : ………………………………………………………………………………………… C40 : …………………………………………………………………………………………… Cu Be 2: ……………………………………………………………………………………… Al Zn 5,5 Mg Cu : ……………………………………………………………………………… Cu Zn 15: ……………………………………………………………………………………… X 30 Cr 13: …………………………………………………………………………………… Cu Ni 2 Si: ……………………………………………………………………………………… 60 Si Cr 7: ……………………………………………………………………………………… 51 Cr V 4: ……………………………………………………………………………………… S 275: ………………………………………………………………………………………… X 6 Cr Ni Mo Ti 17-12: ……………………………………………………………………… EN-GJS-600-3: ………………………………………………………………………………… 42 Cr Mo 4: …………………………………………………………………………………… EN-GJMB-500-5 : ……………………………………………………………………………… E 335: ………………………………………………………………………………………… EN-GJL 250: …………………………………………………………………………………… EN-GJS 350-22 : ……………………………………………………………………………… X 40 Cr Mo 6-4 : ……………………………………………………………………………… COURS : 2ème S.T.M Unité : PRODUCTION Prof. :Salah eddine CHOUIKH Date : Unité : PRODUCTION Classe : 2 STM…….. Activités Doc. Elève Exercice 2 Donner la désignation normalisée d’un : Acier faiblement allié avec 0,51% de Carbone, 1% de Chrome et 0,1% de Vanadium: …………………………………………………………………………………………… Acier fortement allié avec 0,02 % de carbone, 18 % de chrome et 8% de nickel: …………………………………………………………………………………………… Acier non allié à 0 ,8% de carbone :…………………………………………………………… Acier faiblement allié contenant 0.4% de carbone, 1% de chrome et 0.2% de molybdène: …………………………………………………………………… Fonte à graphite lamellaire à une résistance minimale à la traction égale à 100 MP : …………………………………………………………………………………………… Alliage du cuivre contenant 35% de Zinc et 2% de Plomb : …………………………………………………………………………………………… Fonte malléable à cœur blanc, dont la résistance à la rupture par traction est de 700Mpa et l’allongement après rupture est de 2%. : …………………………………………………………………………………………… Acier de construction mécanique, dont la limite minimal d’élasticité par traction est de 450 : …………………………………………………………………………………………… Exercice N°3 : Compléter les informations manquantes du tableau suivant. COURS : 2ème S.T.M Unité : PRODUCTION Prof. :Salah eddine CHOUIKH