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Aluminium

  • L’aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un métal pauvre, malléable, de couleur argentée, qui est remarquable pour sa résistance à l’oxydation et sa faible densité. C’est le métal le plus abondant de l’écorce terrestre et le troisième élément le plus abondant après l’oxygène et le silicium ; il représente en moyenne 8 % de la masse des matériaux de la surface solide de notre planète. L’aluminium est trop réactif pour exister à l’état natif dans le milieu naturel : on le trouve au contraire sous forme combinée dans plus de 270 minéraux différents, son minerai principal étant la bauxite, où il est présent sous forme d’oxyde hydraté dont on extrait l’alumine.

L’alumine est extraite de la bauxite  qui est broyée puis attaquée à chaud par de la soude. On obtient une liqueur qui après séparation des oxydes de fer et de silicium,  est envoyée dans des décomposeurs pour précipitation de l’alumine.

L’aluminium est obtenu à partir de l’alumine par électrolyse dans une cuve comportant un garnissage en carbone (cathode).

Les principales propriétés de l’aluminium sont :

  • Bon conducteur de la chaleur et de l’électricité
  • Faible masse volumique : 2,7 kg/dm3
  • Point de fusion : 658° C
  • Faible module d’Young : 70000 N/mm2 70000 Mpa 7000DaN/mm2
  • Faible limite élastique
  • Fort allongement à la rupture (tôles minces, feuilles, papier)
  • Bonne conductibilité ( 67 % de celle du cuivre ).

L’aluminium métallique est très oxydable, mais est immédiatement passivé par une fine couche d’alumine Al2O3 imperméable de quelques micromètres d’épaisseur qui protège la masse métallique de la corrosion. Cette résistance à la corrosion et sa remarquable légèreté en ont fait un matériau très utilisé industriellement.
L’aluminium est un produit industriel important, sous forme pure ou alliée, notamment dans l’aéronautique, les transports et la construction.

Aciers durs & spéciaux

La teneur en carbone a une influence considérable (et assez complexe) sur les propriétés de l’acier : en dessous de 0,008 %, l’alliage est plutôt malléable et on parle de « fer » ; au-delà de 2,11 %, les inclusions de carbone sous forme graphite fragilisent la microstructure et on parle de fonte. Entre ces deux valeurs, l’augmentation de la teneur en carbone a tendance à améliorer la résistance mécanique et la dureté de l’alliage ; on parle d’aciers « doux, mi-doux, mi-durs, durs ou extra-durs » (classification traditionnelle).

On modifie également les propriétés des aciers en ajoutant d’autres éléments, principalement métalliques, et on parle d’aciers alliés. De plus, on peut encore améliorer grandement leurs caractéristiques par des traitements thermiques (notamment les trempes) prenant en surface ou à cœur de la matière ; on parle alors d’aciers traités.

Outre ces diverses potentialités, et comparativement aux autres alliages métalliques, l’intérêt majeur des aciers réside d’une part dans le cumul de valeurs élevées dans les propriétés mécaniques fondamentales :

  • résistance aux efforts : module d’élasticité, limite élastique, résistance mécanique ;
  • dureté ;
  • résistance aux chocs (résilience).

Fonte

Les fontes sont toutes des alliages. Elles se distinguent des autres alliages par leur excellente coulabilité (ce terme regroupe l'inertie thermique et la fluidité de l'alliage en fusion, elle est mesurée de façon normalisée par une éprouvette en colimaçon de section triangulaire).

La fonte a une température de fusion allant de 1 135 à 1 350 °C, essentiellement en fonction du pourcentage de carbone et de silicium qu'elle contient. Lorsqu'elle est en fusion, sa teneur maximale en carbone dépend de sa température. Au moment de la solidification, la quantité de carbone précipitant sous la forme de graphite dans la matrice métallique dépend des autres éléments présents (essentiellement le silicium) et des vitesses de refroidissement.

Elle peut être un précurseur dans la fabrication de l' acier à partir de minerai de fer C'est l'alliage qui sort du haut fourneau et qui sera affiné en acier (par décarburation). On l'appelle alors fonte brute, pour la distinguer de la fonte de fonderie, généralement issue d'une fusion au cubilot, de composition déterminée, et destinée à la production de pièces moulées.

Inox

L’acier inoxydable ou inox est un alliage de fer et de carbone contenant plus de 50% de fer, au moins 10,5% de chrome et moins de 1,2% de carbone. Sa caractéristique principale est une bonne résistance à la corrosion, grâce à la formation d’une couche protectrice d’oxyde de chrome en surface.

Suivant leur composition, les inox sont classés en 4 familles : martensitiques (groupe C), ferritiques (groupe F), austénitiques (groupe A), et austéno-ferritiques (groupe AF).

 

Inconel

Les Inconel®, bien que moins connus que les alliages d’aluminium ou de titane, n’en constituent pas moins des alliages à très hautes caractéristiques mécaniques incontournables dans certaines industries (aéronautique, …). L’Inconel® 718 est le leader de cette famille d’alliage.

Inconel®, c’est la désignation commerciale donnée par Special Metal Corporation à un groupe d’environ 25 alliages. Parmi eux, l’Inconel® 718, un superalliage avec des caractéristiques exceptionnelles. Il possède tout d’abord une excellente résistance à la corrosion, d’où son utilisation dans les secteurs maritimes et nucléaires. Ensuite, ses caractéristiques mécaniques à l’ambiante et à chaud sont très bonnes comparées aux caractéristiques mécaniques d’autres alliages.  Ainsi, à l’ambiante la résistance mécanique de l’Inconel® 718 est plus de deux fois supérieure à celle de l’acier CK45 et à chaud l’Inconel® 718 reste rigide jusqu’à 700°C.

Titane

Propriétés Physique de base

Caractéristiques physiques remarquables du titane :

  • Sa masse volumique est environ 60 % de celle de l’acier.
  • Sa tenue à la corrosion est exceptionnelle dans de nombreux milieux tels que l’eau de mer ou l’organisme humain.
  • Ses caractéristiques mécaniques restent élevées jusqu’à une température d’environ 600°C et restent excellentes jusqu’aux températures cryogéniques.
  • Sa transformation en demi-produits et en pièces de formes différentes par les techniques usuelles (forage, emboutissage, filage, coulée, soudage, usinage, etc.) est raisonnablement aisée.
  • Il est disponible sous des formes et des types de produits très variés : lingots, billettes, barres,, fils, tubes, brames, tôle,  feuilllard.
  • Il est non magnétisable.
  • Son coefficient de dilatation, légèrement inférieur à celui de l’acier, est moitié moins que celui de l’aluminium. On prendra pour valeur moyenne un coefficient de dilatation de 10,5 ×10-6 K-1. Son module de Young est très proche de celui des structures osseuses.

Laiton

Les laitons sont des alliages jaunes, très sductiles et malléables, composés essentiellement de cuivre et de zinc, aux proportions variables, dont la fabrication directe à partir de minerais appropriés était déjà maîtrisée par les métallurgistes avant l'Antiquité. Selon les propriétés visées, ils peuvent aujourd'hui contenir d'autres éléments d'addition comme le plomb, l'étain, le nickel, le chrome et le magnésium, dans des proportions très modérées.

Bronze

Le bronze est un nom générique qui était donné autrefois à tous les alliages de cuivre. Aujourd'hui, son sens est le plus souvent restreint aux alliages de cuivre ayant l'étain comme principal élément d'alliage.

Les bronzes sont, pour la plupart, composés de plus de 54 % de cuivre (qui peut aller jusqu'à avoisiner les 95 %1) et d'une proportion variable, non seulement d'étain, mais aussi d'aluminium, de plomb, de béryllium, de manganèse et de tungstène, ainsi qu'accessoirement de silicium et de phosphore, mais pas de zinc en quantité notable (ne pas confondre avec le laiton, dont le terme anglais brass est souvent traduit à tort par « bronze »).

 

Les principales caractéristiques du bronze sont :

  • une bonne résistance à l'usure ;
  • une résistance acceptable à la corrosion mais qui ne permet pas son usage dans l'industrie navale ;
  • une bonne conductivité électrique.

Plastique

Une matière plastique (le plastique en langage courant) est un polymère généralement mélangé à des additifs, colorants, charges (miscibles ou non dans la matrice polymère). Il en existe une large gamme ; moulés par injections, extrudés, étiré en film, généralement façonné à chaud et sous pression, pour aboutir à un semi-produit ou à un objet, y compris fils et fibres (tissus), mastics, revêtements , etc.. Il est utilisé dans presque tous les secteur d'activité. Certains ont des propriétés jamais auparavant réunies, par exemple la transparence et la résistance aux chocs.