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 Matériaux : Généralité

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DzTiger
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DzTiger


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مُساهمةموضوع: Matériaux : Généralité   Matériaux : Généralité Emptyالخميس نوفمبر 22, 2012 2:36 pm

Matériaux :
Généralité

Les matériaux sont à la source de la technologie et du
monde industriel. La réussite technique et le succès commercial d'un produit
fabriqué dépendent en grande partie du ou des matériaux choisis.


Sélectionner un matériau n'est généralement pas une
opération simple compte tenu de la grande variété proposée. Le choix dépend
autant du prix que des qualités propres du matériau et du procédé de fabrication
retenu pour la réalisation. La sélection est le plus souvent effectuée en
équipe, client et concepteur étant associés aux techniciens de fabrication.



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1. Prix comparatifs indicatifs (au kg) des principaux matériaux industriels
(u.a. = unité arbitraire).



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2. Principales familles de matériaux.

I-Métaux

Ils sont étudiés en détail dans les
chapitres suivants. Seules les propriétés caractéristiques communes sont
abordées ici.



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3. Structure cristalline des métaux.

Structure cristalline :

c'est la façon dont les atomes sont empilés
les uns sur les autres. Les métaux sont formés de monocristaux, ou grains,
disposés côte à côte, dont la forme, plus ou moins régulière, est polygonale.
Cette structure cristalline est à l'origine de leurs propriétés, elle influe sur
les caractéristiques mécaniques et physiques.


Mailles :

à l'intérieur des grains, les atomes, en
contact les uns avec les autres, disposés régulièrement, forment des empilements
compacts. Les réseaux cristallins 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.



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4. Structures cristallines des métaux : principales mailles

Allotropie :

propriété de certains métaux ou alliages
qui peuvent avoir, selon la température, des structures cristallines (mailles)
différentes, avec des propriétés différentes.


Exemples : fer
α
et fer
γ,
titane (< 882 °C et > 882 °C...


Alliages :

lorsqu'on ajoute les atomes d'un autre
métal, on modifie l'arrangement des plans de la structure cristalline du métal
de base. Cela accroît le plus souvent la résistance.


Exemple : le bronze est plus résistant que
les deux métaux de base qui le constituent (cuivre et étain).


Désignation normalisée :

elle utilise à la fois des lettres, qui
précisent la nature du métal de base et des éléments d'addition, plus des
chiffres qui indiquent les indices de pureté et les teneurs. Deux types de
symboles sont utilisés : les symboles chimiques usuels et les symboles
métallurgiques.



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II - Polymères ou matières plastiques


II en existe deux familles principales :
les thermoplastiques et les thermodurcissables.


1. Thermoplastiques

Très nombreux, ils sont les plus utilisés.
Ils ramollissent et se déforment à la chaleur. Ils peuvent, en théorie, être
refondus et remis en œuvre un grand nombre de fois.



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5. Polymère ou macromolécule de polyéthylène.

Exemples : polyéthylène, polypropylène,
polystyrène, PVC.


2. Thermodurcissables

Ils ne ramollissent pas et ne se déforment
pas sous l'action de la chaleur. Une fois créés, il n'est plus possible de les
remodeler par chauffage.


Exemples : phénoliques, époxydes...


Remarque : une même matière plastique,
comme le polyester par exemple, existe parfois dans la forme thermoplastique et
dans la forme thermodurcissable.


3. Elastomères ou « caoutchoucs »


On peut les considérer comme une famille
supplémentaire de polymères aux propriétés très particulières. Ils sont
caractérisés par une très grande élasticité.


III - Céramiques

Ni métalliques, ni polymères, ce sont les
matières premières les plus abondantes de la croûte terrestre et les matériaux
les plus anciens utilisés par l'homme. Elles sont très dures, très rigides,
résistent à la chaleur, à l'usure, aux agents chimiques et à la corrosion. Leur
principal inconvénient est la fragilité.


Fabrication : elle comprend en général une
mise en forme (pressage, moulage, extrusion...) suivie par un traitement
thermique (cuisson ou frittage).


1. Céramiques traditionnelles


Elles regroupent les ciments, les plâtres,
les produits à base d'argile (terres cuites, faïence, porcelaine, grès
cérame...) et les produits à base de silice (verre, cristal...)



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2. Céramiques techniques

Plus récentes, elles sont soit
fonctionnelles, à « usage électrique », soit structurales, à usage mécanique ou
thermomécanique.


Exemples : oxydes d'alumine (A12O3),
zircone (ZrO2), nitrures de bore (BN) ou de silicium (Si3N4), carbures de
silicium (SiC) ou de tungstène (WC).


Utilisations : fibres optiques (silicium),
mémoires magnétiques (ferrites), outils de coupe (carbures), abrasifs, isolants,
écrans thermiques, joints d'étanchéité, laser, prothèses osseuses...



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6. Domaines d'application des céramiques techniques.

IV - Matériaux composites


Ils sont composés d'un matériau de base
(matrice ou liant : polymère, céramique ou métal) renforcés par des fibres, ou
agrégats, d'un autre matériau afin de combiner au mieux les avantages des deux.
Les deux corps, de structure différente, ne se mélangent pas (structure
hétérogène) au contraire d'un alliage (structure homogène).


Exemples familiers : béton armé (béton +
armature acier), pneumatiques (élastomère + toile + fils d'acier), équipements
sportifs (raquettes, ski...).


Composites à matrices polymères : en
renfort, la fibre de verre, la plus économique, est la plus utilisée. La fibre
de carbone, plus coûteuse, est utilisée dans des applications plus pointues :
équipement sportifs de haut niveau, aéronautique... Les fibres organiques comme
les aramides (kevlar) sont un compromis entre les deux.



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7. Caractéristiques mécaniques de quelques fibres de renforcement de composites.



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8. Principaux constituants des matériaux composites.

V-Matériaux nouveaux

Depuis la préhistoire, toutes les époques
ont connu le développement de nouveaux matériaux : âge de pierre, âge du bronze,
acier au XIXe siècle.


De nos jours, les composites récents, les
céramiques techniques et les métaux de pointe sont les plus prometteurs. En
développement croissant, ils sont bien souvent des éléments déterminants dans la
fabrication et le succès des machines les plus complexes : engins spatiaux,
avions, équipements sportifs pour la haute compétition...


En outre, ils pallient de plus en plus à la
pénurie des ressources naturelles en matériaux traditionnels et en matériaux
stratégiques : chrome, manganèse, cobalt...
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