Les métaux et les alliages

Au cours de leur utilisation, les matériaux d’un objet technique peuvent subir des contraintes engendrant des déformations. Ils sont aussi sujets à la dégradation. Il faut donc prêter une attention particulière au choix des matériaux en fonction de l’utilisation de l’objet technique en question.

Dans la nature, les métaux se retrouvent rarement à l’état pur. Ils sont plus souvent mélangés à d’autres substances dans des minerais provenant de la croute terrestre. Une fois que ces minerais sont extraits des mines, ils peuvent subir divers procédés permettant de séparer les différentes substances qui les composent.

En dehors des minerais, on peut également trouver des métaux dans les météorites.

En observant le tableau périodique des éléments, on constate qu’il existe plus de 90 métaux différents. Les métaux sont généralement d’apparence lustrée et conduisent la chaleur ainsi que l’électricité. Puisque ces métaux ont des propriétés très variées, seuls certains d’entre eux sont utilisés fréquemment dans la fabrication d’objets techniques.

Les tableaux suivants présentent quelques-uns des métaux les plus couramment utilisés ainsi que leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques. On remarque que les métaux se retrouvent plus souvent sous forme d’alliage que sous forme d’élément (à l’état pur).

Lorsqu’on développe un objet technique, on doit choisir des matériaux ayant des propriétés bien précises. C’est la raison pour laquelle les alliages sont souvent plus intéressants que les métaux à l’état pur. En effet, effectuer un mélange de substances permet de combiner leurs propriétés. En quelque sorte, on personnalise les métaux afin d’obtenir un alliage dont les propriétés répondent à nos besoins. On peut, par exemple, augmenter la dureté d’un métal et ainsi accroitre sa résistance à l’usure tout en conservant une bonne malléabilité.

On classe généralement les alliages en deux catégories : les alliages ferreux et les alliages non ferreux.

Le fer est l’un des éléments les plus présents dans la croute terrestre. Il s’agit d’un métal ductile (qui peut être étiré), malléable (qui peut être réduit en feuilles) et magnétique. Toutefois, le fer à l’état pur ne résiste pas à la corrosion ni à l’usure. En le combinant à du carbone, on peut augmenter sa rigidité et sa dureté. Selon les proportions de fer et de carbone retrouvées dans l’alliage, les propriétés seront modifiées différemment.

Les alliages ferreux les plus courants comprennent du fer et du carbone. Cela dit, le fer peut être allié à d’autres éléments comme le chrome, le nickel et bien d’autres.

Les tableaux suivants présentent plusieurs exemples d’alliages ferreux ainsi que leurs propriétés.

Les alliages non ferreux ont des propriétés diverses. Il est vrai que la plupart des alliages magnétiques sont des alliages ferreux, mais certains alliages non ferreux peuvent aussi être magnétiques. Afin de le savoir, on peut utiliser un aimant. Si l’aimant est attiré par l’alliage, alors celui-ci est magnétique.

Les tableaux suivants présentent plusieurs exemples d’alliages non ferreux communs ainsi que leurs propriétés.

Le revenu consiste à chauffer un alliage ayant déjà été trempé. La température du revenu doit être précise et inférieure à celle de la trempe.

Le revenu permet à l’alliage de retrouver une certaine ductilité et résilience, tout en conservant la dureté obtenue par la trempe. Plus la température du revenu est élevée, plus l’alliage sera ductile, mais moins il sera dur.

Le recuit consiste à chauffer un alliage puis à le laisser refroidir lentement.

Le recuit permet de diminuer un peu la dureté d’un alliage. Il permet aussi de lui redonner ses propriétés d’origine après avoir subi un autre traitement thermique ou après avoir été déformé. Par exemple, on se sert du recuit pour effacer les traces de soudure.

Tous les métaux sont différents, ce qui fait que leurs propriétés peuvent varier grandement d’un métal à l’autre. Par contre, certaines propriétés sont présentes chez plusieurs métaux. En effet, en matière de propriétés mécaniques, les métaux et alliages employés pour fabriquer des objets techniques sont souvent ductiles et malléables (ex. fer, aluminium, laiton, etc.). En matière de propriétés physiques et chimiques, ce sont souvent des substances brillantes, et de bons conducteurs électriques et thermiques. Quant au magnétisme, celui-ci se manifeste notamment chez le fer, le nickel, le cobalt et chez quelques autres métaux moins courants.  

Les tableaux précédents montrent les propriétés de métaux et alliages couramment utilisés dans la fabrication d’objets techniques.