25 cr mo 4-25 en gjs 300 - 22 cu zn 36 pb 2bboy78.free.fr/cours...

TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 11/33 /33

ÉÉllééments de dessin techniquements de dessin technique(TN01 : Automne 2004)(TN01 : Automne 2004)

Hocine KEBIRMaître de Conférences à l’UTC

Poste : [email protected]

Choix et désignation des métaux et alliages

25 Cr Mo 4-25

EN - GJS - 300 - 22

Cu Zn 36 Pb 2


IntroductionIntroduction

Fixation du snowboard

Mousse

Socle

Fermeture avant

Fermeture arrièreAppui

Crochet


CritCritèères de choixres de choix

Les critères de choix d’une matière première pour une construction mécanique sont nombreux et difficilement structurables

Critères de choix

Propriétés chimiques

Résistance à la corrosion, revêtements de surfaces,

aptitude au collage

Propriétés physiques

Conductibilité électrique, thermique, densité, …

Propriétés mécaniques

Résistance en traction, tenue en fatigue,dureté superficielle, …

Prix de revient

Dépend de l’importance de la série fabriquée

Forme et dimensions (des pièces à obtenir)

Enveloppes minces, formes usinées, formes brutes simples


Essais et caractEssais et caractééristiques mristiques méécaniquescaniques

Les essais mécaniques permettent d’évaluer les qualités mécaniques des matériaux utilisés.

Ils sont pratiqués soit :

Directement sur les pièces

Sur des éprouvettes - échantillons du matériau considéré

Essai de dureté

Essai de traction Essai de résilience

Essai d’endurance…

Essais pour la caractérisationdu matériau


ÉprouvetteSection initiale

So

L'essai de traction mesure la résistance à l’extension et l’allongement

Il définit un certain nombre de paramètres qui caractérisent le comportement du matériau dans les domaines :

Essais et caractEssais et caractééristiques mristiques méécaniques :caniques :Essai de tractionEssai de traction

Élastique

Module d'élasticité : E

Limite élastique Re=Fe/So

Plastique

- limite de résistance à la traction : Rm=Fm/So

- Allongement en pour cent après la rupture A

La désignation des aciers utilise ces paramètres Rm et Re.

Vidéo


PropriPropriééttéés ms méécaniques :caniques :Essai de duretEssai de duretéé

La dureté, de symbole général H, caractérise la capacité d'un matériau à résister au marquage (empreintes, rayures...) , à l'usure.

Elle peut être évaluée en mesurant une empreinte laissée en surface par un poinçon agissant sous l'action d'une force connue (essais Brinell, Vickers et Rockwell)

Machine d’essais de duretéBRINELL VICKERS


PropriPropriééttéés ms méécaniques :caniques :RRéésiliencesilience

La résilience est égale au rapport de L'énergie absorbée par l'éprouvette sur l'aire de la section au droit de l'entaille.

La résilience, de symbole général K, caractérise la capacité d'un matériau à absorber les chocs sans se rompre ; ce risque est amplifié aux basses températures.

Elle est mesurée sur des machines du type Charpy (éprouvette sur deux appuis)

L'essai, qui est un essai comparatif entre matériaux, mesure l'énergie qu'il faut fournir àun pendule pesant pour briser une éprouvette entaillée du matériau à tester.

Éprouvette d'essai de résilience


Notions de traitements thermiquesNotions de traitements thermiques

Le revenu

Le recuitLa Trempe

…

Traitement thermiques pour Modifier les Caractéristiques mécaniques du matériau


Notions de traitements thermiques :Notions de traitements thermiques :La trempeLa trempe

La trempe consiste à chauffer lentement un alliage métallique (certains aciers, certains alliages de cuivre, certains alliages d’aluminium) puis à le refroidir brutalement en le trempant dans l’eau ou dans une huile.

25190070700Trempe d’une éprouvette en C 35 E

6873070400Trempe d’une éprouvette en C 22

K (j/cm2)Rm (en Mpa)K (j/cm2)Rm (en Mpa)

Après trempe à l’eauAvant trempe

Les caractéristiques mécaniques de l’alliage sont modifiées :

La dureté (H) augmenteLa résilience (K) diminueLa résistance à la traction augmenteL’allongement (A%) diminue


Notions de traitements thermiques :Notions de traitements thermiques :Le revenuLe revenu

Le revenu est pratiqué pour diminuer l’ effet néfaste de la trempe : la diminution de la résilience. Il a l’inconvénient d’atténuer un peu les effets bénéfiques : augmentation de Rm et H

3532C45 E après revenu à 550°

2555C45 E trempé à l’eau

7016C45 E avant trempe

K(Résilience)

H(Dureté)

On place les pièces dans un four. On chauffe lentement. On refroidit brutalement(mais un peu moins brutalement que la trempe) dans l’huile ou dans l’air


Notions de traitements thermiques :Notions de traitements thermiques :Trempe Trempe -- RevenuRevenu

Temps

Température

Maintien en température

chauffageRefroidissement

brutal

~900°C

~4h

~500°C

Trempe Revenu


Notions de traitements thermiques :Notions de traitements thermiques :Le recuitLe recuit

But

Supprimer ou diminuer les tensions internes résultant de l’obtention d’une pièce par moulage ou forgeage ou soudure

Annuler les effets d’une trempe ( pour refaire un usinage par exemple)

Mode Opératoire

On chauffe lentement à ~900° (pour l’acier)

On maintient en température

On refroidit très lentement (On laisse les pièces dans le four éteint)


Alliages non ferreux

Alliages ferreux

Familles de matFamilles de matéériauxriaux

Familles

de

mat

ériaux

à graphite lamellaire

à graphite sphéroïdal

Non alliés

Faiblement alliés

Fortement alliés

…

Aciers

Matières plastiques

Alliages d’aluminium

Alliages de cuivre

…

Matières composites

Malléables

Fontes


DDéésignationsignation

La désignation des matériaux ne peut pas s’affranchir de l’évolution technologique. Elle subit fréquemment des modifications.

Exemple Fonte à graphite lamellaire

EN-JL 1030Désignation numérique

EN-GJL-200Désignation symbolique

FGL 200

Ancienne désignation

Un ingénieur doit pouvoir s’adapter entre plusieurs normes en fonction des situations :

Appellation commerciale des fabricants

Ancienne norme française Nouvelle norme européenneDésignation numérique Norme américaine

Deux désignations sont actuellement en service:

Désignation symbolique en usage courant.

Désignation numérique mieux adaptée au traitement informatique.


Alliages ferreuxAlliages ferreux

Aciers

Ce sont principalement des alliages de fer Fe et de carbone C, éventuellement complétés de Nickel Ni, Chrome Cr, Silicium Si, …

% en carbone < 2,1%Fontes

% en carbone > 2,1%

Aciers faiblement alliés

Acier Non alliés

Acier fortement alliés

Acier rapides

Fontes à graphite lamellaire : GJLFontes sphéroïdal : GJSFontes malléables : GJMW, GJMB


Obtentions des fontesObtentions des fontes

Minerai de fer :Hématite

Coke

La fonte s'obtient dans les hauts fourneaux àpartir 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


Fontes sphéroïdalGJS

EN - GJS - 300 - 22

Fontes à graphite lamellaireGJL

EN - GJL - 300

FontesFontes

Fe + C : % en carbone > 2,1%

Préfixe

Symbole

Valeur de la résistance minimale à la rupture par extension

Préfixe

Symbole


Pourcentage de l’allongement après la rupture

Très facilement moulables et usinables

Matériaux peu résistants aux chocs

L’addition de petites quantités de magnésium améliorela résilience et les caractéristiques mécaniques

Moulage plus complexe


Fontes malléablesGJMW -GJMB

à cœur noir (black)à cœur blanc (white)

FontesFontes

Fe + C : % en carbone > 2,1%

Obtenues par un traitement thermique de recuit

Malléabilité améliorée

Préfixe

EN - GJMW - 300 - 22

Symbole



Préfixe

EN - GJMB - 300 - 22

Symbole




AciersAciers

Fe + C : % en carbone < 2,1%

Aciers d’usage courant Acier Non alliés

Acier fortement alliésAciers faiblement alliés

…Aciers


Obtentions des AciersObtentions des Aciers

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.


E 295S 235

Aciers dAciers d’’usage courantusage courant

Symbole pour aciers d’usage général

Valeur minimale de la limite élastique en MPa

Symbole pour aciers de construction

Valeur minimale de la limite élastique en MPa

GE 295

S’il s’agit d’un acier moulé, la désignation est précédée de la lettre G

Ces aciers ne conviennent pas pour un traitement thermique


C 40

Aciers Non AlliAciers Non Alliééss

Symbole pour acier non allié

Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée par 100. Soit 0.40% de carbone

Teneur en manganèse < 1%

Ces aciers conviennent pour traitement thermique et forgeage

GC 25

S’il s’agit d’un acier moulé, la désignation est précédée de la lettre G


25 Cr Mo 4-25

Aciers faiblement alliAciers faiblement alliééss

Teneur en manganèse < 1%

Teneur de chaque élément d’alliage < 5%

Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée

par 100, soit 0.25 %

Un ou plusieurs groupes de lettes qui sont les symboles des éléments d’addition rangés dans

l’ordre des teneurs décroissantes. Ici, Chrome (Cr) et Molybdène (Mo)

Une suite de nombre rangés dans le même ordre que les éléments d’alliages, et indiquant le % de la teneur moyenne de chaque élément. Les teneurs sont multipliées par un coefficient

variable en fonction des éléments d’alliage.


Aciers faiblement alliAciers faiblement alliééss

1000B10Al, Be, Cu, Mo, Pb, Ta, TI, V,Zr

100Ce, N, P, S4Cr, Co, Mn, Ni, Si, W

Coef.Élément d’alliageCoef.Élément d’alliage

Coefficient multiplicateur

25 Cr Mo 4-25

1% de chrome (4/4 = 1) et 2.5% de Molybdène (25/10 = 2.5)


Aciers fortement alliAciers fortement alliééss

Teneur d’au moins un élément d’alliage ≥ 5%

X 5 Cr Ni 18-10

Désignation symbolique proche de celle des aciers faiblement alliés sauf pour les % des éléments d’addition

Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée

par 100, soit 0.05 %

Un ou plusieurs groupes de lettes qui sont les symboles des éléments d’addition rangés dans l’ordre des teneurs

décroissantes. Ici, Chrome (Cr) et Nickel (Ni)

Une suite de nombre rangés dans le même ordre que les éléments d’alliages, et indiquant le % réél de la teneur moyenne de chaque

élément. Ici, 18 % de Chrome et 10 % de Nickel

Symbole acier fortement allié


Alliages Non ferreuxAlliages Non ferreux

Alliages d’aluminium Alliages de cuivre

…

Alliages non ferreux

Bien que ne représentant que 10 % des matériaux métalliques utilisés industriellement, les alliages non ferreux n’en restent pas moins utilisés pour certaines de leurs propriétés spécifiques : masse volumique faible, propriétés électriques, résistance à la corrosion et à l’oxydation, facilité de mise en oeuvre.

Ces avantages l’emportent dans certaines applications, malgré le coût de revient plus élevé de ces alliages.


L’aluminium est trois fois plus léger que l’acier.

Il est très utiliséen aéronautique

Alliages dAlliages d’’aluminiumaluminium

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 utilisépour la production industrielle est la bauxite.


Alliages dAlliages d’’aluminiumaluminium

EN-AB- 43000 [Al Si 10 Mg]

Préfixe

Codage numérique

A : Symbole métallurgique de l’aluminiumB : Alliage moulé

Éventuellement suivi par une désignation utilisant les symboles chimiques des éléments d’alliage suivis de nombre indiquant leur teneur centésimale dans l’alliage. Ici, 10 % de silicium et des traces de magnésium


Alliages de cuivreAlliages de cuivre

On appelle « bronzebronze » un alliage de cuivre et d’étain, exemple : CuSn12

On appelle « laitonlaiton » un alliage de cuivre et de zinc, exemple : CuZn15

Le cuivre allié

Teneur de l’élément d’alliage ≤ 1%

Cu Cr1

Symbole du cuivre

Symbole de l’élément d’addition avec sa teneur en pourcentage.

Ici Chrome 1%

Les Alliages De Cuivre

Teneur d’au moins un élément d’alliage ≥ 1%

Cu Zn 36 Pb 2

Symbole de l’ élément d’addition avec sa teneur en pourcentage, ici :Zinc 36 %

Symbole de l’ élément d’addition avec sa teneur en pourcentage, ici : Plomb 2 %

Symbole du cuivre


Tableau des Tableau des ééllééments chimiquesments chimiques

LiLithiumZrZirconiumGaGalliumZnZincFeFerVVanadiumSnEtainWTungstèneCuCuivreTiTitaneCoCobaltSrStrontiumCrChromeSSoufreCeCériumSiSiliciumCdCadmiumPbPlombBBorePPhosphoreBiBismuth

NbNiobiumBeBéryliumNiNickelNAzoteMoMolybdèneAgArgentMnManganèseSbAntimoineMgMagnésiumAlAluminium

Symbole chimiqueÉlément d’alliageSymbole chimiqueÉlément d’alliage


MatiMatièères compositesres composites

Un composite est l’assemblage de plusieurs matériaux non miscibles de nature différente et dont les qualités se complètent afin d’obtenir un matériau hétérogène dont les performances sont supérieures à celles de ses composants.

Composite =Matrice + Renfort

Le renfort : constitue le squelette de la pièce et qui supporte l’essentiel des efforts

La matrice : assure la liaison de l’ensemble, répartit les effortset joue un rôle de protection des renforts

En industrie, les matériaux composites ont différents domaines d'application :électricité et électronique,bâtiment et travaux publics,transports routiers, ferroviaires, maritimes, aériens et spatiaux,sports et loisirs (skis ,raquette de tennis ,planche à voile, surf,…)

Coupe d’une planche à voile


MatiMatièères plastiquesres plastiques

Un plastique est un mélange dont le constituant de base est une résine, ou polymère, à laquelle on associe des adjuvants(renforts, plastifiants, stabilisants, anti-oxydants, …) et des additifs (pigments et colorants, lubrifiants,…)

Plastique = Polymère + Adjuvants + Additifs

Prin

cipa

ux p

last

ique

s

Casque de moto

Coque en polycarbonate Intérieur en néoprène


Fin

25 cr mo 4-25 en gjs 300 - 22 cu zn 36 pb 2bboy78.free.fr/cours...

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