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

Aluminium (3) Problèmes des contacts Acier : en atmosphère polluée, détérioration de Al par acier. Cuivre Plâtre et ciment : marques blanches Chêne et châtaigner : attaques acides.

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

Travail de l’aluminium Aluminium (5) Usages Légèreté, Longévité, Conductibilité, Ductilité, Adaptabilité, Esthétique, Recyclage. Travail de l’aluminium Usinage Déformations plastiques (pliage, cintrage) : à froid pour l’aluminium et les alliages ductiles, à chaud pour les alliages dont la dureté est plus grande. Assemblages : rivets, boulons, vis, soudage, collage.

Aluminium (6) Exemple d’utilisation L’Audi A8 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 Cuivre faiblement allié : on retiendra essentiellement Cu + 1 % Cr pour les électrodes de soudage par point. Laiton (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 Cupro-aluminium (Cu + Al) : identique au bronze mais meilleure résistance à la corrosion. Utilisé pour les hélices marines. Bronze (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 Cupro-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 H2SO4 Absorbe les Rx et les Rg

Plomb (2) Usages principaux fabrication d’accumulateurs (30 %) ; protection de câbles électriques souterrains (15 %) ; industrie chimique comme revêtement anti-corrosion ; protection contre les radiations ; plomb de chasse (Pb durci par As et Sb) 5 % des débouchés ; soudure à bas point de fusion ; fabrication du cristal ; alliages 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 Toitures, corniches, gouttières Galvanisation Pile sèche

Zinc (3) Alliages de zinc Alliages de fonderie uniquement avec toujours de l’aluminium et des additions de cuivre et de magnésium. Aluminium : améliore la coulabilité et les propriétés mécaniques mais avec une limite à 4,3 % pour avoir une bonne tenue à la résilience. Cuivre : améliore la dureté et la limite à la rupture avec une limite à 1 % à cause du durcissement structural. Magnésium : 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-A4G 3,9 – 4,3 0 – 0,10 0,03 – 0,6 Fe < 0,100 Pb < 0,005 280 5 Z-A4U1G 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-A4U3G 3,9 – 4,3 2,75 – 3,25 0,03 – 0,06 280 100 – 110 1 – 2 Z-A4U3G2 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 Turboréacteurs, turbines à gaz Pompes, tuyauteries Bielles Blindage Prothèses – dentisterie Cannes de golf – articles de sport Horlogerie, lunetterie Bâtiment

Prix des alliages Alliages de Titane Alliages de Cuivre 50 30 Alliages de Titane 28 Alliages de Cuivre 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 Téflon [ PTFE ] 20 Aciers inoxydables, hautes sollicitations 18 Araldite [ EP ] Alliages d ’Aluminium (légers) 10 Aciers fortement alliés X fois l ’indice de prix référent 7 Aciers faiblement alliés 6 Plexiglas [ PMMA ] 5 Alliages de Zinc 4 Aciers type C Les PVC [ U ou P ] Acier S235 2 Fontes GJL 1,7 Polystyrène [ PS ] 1 0,8 0,6 Indice de prix référent