Designation Des Materiaux

I nstitut S upérieur des E tudes T echnologiques de M ahdia D épartement G énie M écanique

DESIGNATION DES METAUXDans ce chapitre, sont abordées quelques notions générales et la désignation normalisée

des principaux métaux industriels

I- LES METAUX FERREUX :

1. Les Aciers : Les aciers sont à la base un alliage entre le fer et le

carbone dont le teneur, variable, est en masse inférieure 1.7% (≈ 2%). Ensuite, on peut ajouter divers éléments d’addition (Chrome, nickel…) pour améliorer certaines caractéristiques (résistance, dureté, résistance à la corrosion…) et constituer les familles d’aciers alliés (inoxydables…).

a. Les aciers au carbone d’usage général :Les plus utilisés, sans éléments d’addition (ou très peu), ils sont caractérisés par une faible teneur en carbone (< 0.2%). La plupart sont disponibles sous forme de produits laminés (poutrelles, barres, profilés, tôles), dans de nombreuses variantes (construction, électrique, …) et dans des finitions diverses (nervuré, pré laqué, galvanisé..). Ces aciers ne conviennent pas aux traitements thermiques.

Utilisations : Constructions mécaniques et métalliques diverses, emboutissage, constructions soudées et chaudronnerie, appareils sous pression, aciers à béton…

Désignation normalisée : Lettre S, E ou autre (tableau suivant), suivie de la limite élastique (Re) à la traction en Mpa (Mégapascal : 1 Mpa= 1 N/mm2=106 N/m2), s’il s’agit d’un acier moulé, la désignation est précédée de la lettre G, principales nuances moulées : GS235, GS275, GS355, GE295, GS335, GE360.

PRINCIPALES FAMILLES D’ACIERS NORMALISEES D’USAGE GENERALLettre Famille Exemples de nuancesS Aciers de construction S185, S355…E Aciers de construction mécanique E295, E335…P Aciers pour appareils à pression P265, P275, P355, P460…L Aciers pour tubes de conduite L360…B Aciers à béton B500…Y Aciers à béton précontraint Y1770…R Aciers pour rails R0900…H Aciers plats laminés à froid pour emboutissage H240, H280, H355…D Produits plats pour formage à froid DC03, DX51…M Aciers électriques M400, M660…T Fer noir, blanc, chromé pour emballage T660, TH52…

Cours : Désignation des métaux 1/6 Enseignant : Mr. BEN CHAABANE Anouar A-U : 2008-2009 (S2)


ACIERS DE CONSTRUCTION NON ALLIE D’USAGE GENARALAciers de construction (S…) Aciers de construction mécanique

(E…)à caractéristiques mécaniques plus

élevéesNuance Ancienne

désignationRe

MpaNuance Ancienne

désignationRe

MpaS185 A33 185 E295 A50 295S235 E24 235 E335 A60 335S275 E28 275 E360 A70 360S355 E36 355

b. Aciers au carbone non allié pour traitements thermiques :Ils sont caractérisés par une plus grande teneur en carbone, une composition chimique plus fine, une plus grande pureté et des éléments d’addition en très faible quantité (Mn<1% ; Cr+Mo+Ni<0.6%).

Utilisations : aciers pour traitements thermiques ; pièces petites ou moyennes.

Désignation normalisée : Lettre C suivie de la teneur en carbone en pourcentage multipliée par 100. Exemple : l’acier C40 contient 0.4% de carbone.

ACIERS AU CARBONE NON ALLIES POUR TRAITEMENTS THERMIQUESAciers pour traitements thermiques

(trempe+revenu) et forgeageAcier de cémentation

Nuance Ancienne désignation

ReMpa

Nuance Ancienne désignation

ReMpa

C25 XC25 285 à 370 C22 XC25 290 à 340C35 XC38 335 à 490 Acier pour trempe superficielleC40 XC42 355 à 520 C40 XC42TS 400 à 460C45 XC48 375 à 580 Aciers moulésC50 XC50 395 à 600 GC22, GC25, GC35, GC40, GC45, GC50…

c. Aciers faiblement alliés :Pour ces aciers, aucun élément d’addition ne dépasse 5% (Mn≥1%). Ils sont destinés aux traitements thermiques et aux hautes résistances. Par rapport aux précédents (C35…), ils permettent la trempe de pièces épaisses et une amélioration des caractéristiques.

Désignation : Pourcentage de carbone multiplié par cent ; Symboles chimiques des principaux éléments

d’addition classés par ordre décroissant ; Dans le même ordre, pourcentages de ces mêmes

éléments multipliés par 4, 10, 100 ou 1000 (tableau suivant)

Exemple : 30 CrNiMo 8 (acier ayant 0.30% de carbone, 2% de chrome, avec du nickel « <1% » et de molybdène « <1% »).



Multiplicateur

Eléments d’addition concernés

*4 Cr (chrome), Co (Cobalt), Mn (manganèse), Ni (Nickel), Si (Silicium)

*10 Al (aluminium), Be (béryllium), Cu (cuivre), Mo (Molybdène), Nb (Niobium), Pb (Plomb), Ta (tantale), Ti (Titane), V (Vandium), Zr (zirconium)

*100 Ce (Cérium), N (azote), P (phosphore), S (souffre)*1000 B (bore)

d. Aciers fortement alliés :Pour ces aciers, au moins un élément d’addition dépasse 5% en masse. Ils sont destinés à des usages particuliers : aciers inoxydables, aciers réfractaires, aciers à outil…

Désignation : Lettre X suivi du pourcentage de carbone multiplié par

cent ; Symboles chimiques des principaux éléments

d’addition classés en ordre décroissant ; Dans le même ordre, pourcentages de ces mêmes

éléments d’addition.Exemple : X5 CrNiMo 17-12 (acier inoxydable avec 0.05% de carbone, 17% de chrome, 12% de nickel et moins de 1% (quelques traces) de Molybdène)

ACIERS INOXYDABLESFamille Désignation Ancienne

désignationRr

(Mpa)Re

(Mpa)Ferritique X2 CrNi 12

X6 Cr 17X6 CrMo 17-1

Z2 CN 12Z6 C 17Z6 CD 17-1

380-650430-630450-630

210-320240-280240-280

martensitique

X12 Cr 13X20 Cr 13X30 Cr 13

Z12 C 13Z20 C 13Z30 C 13

550-850650-950750-1000

400-450500-600600-650

austénitique X2 CrNi 19-11X6 CrNiTi 18-10X5 CrNiMo 17-12-2X2 CrNiMo 18-14-3

Z2 CN 17-11Z6 CNT 18-10Z6 CND 17-12-2Z2 CND 18-14-3

500-670500-720520-680520-700

220-250200-250220-270220-270



2. Les Fontes : Comme les aciers, les fontes sont l’alliage de fer et

du carbone avec des éléments d’addition éventuels. Différence, le carbone y est présent en plus grande quantité : 1.7 à 6.67% en masse (aciers<1.7%). Les fontes industrielles se situent entre 2 et 4% de carbone. Après fusion vers 1200°C, les fontes sont plus fluides (≈ eau) que les aciers (fusion : 1450°C, état assez pâteux) et sont de ce fait bien mieux adaptées au moulage.

Désignation : EN-GJ suivi de la lettre symbole de la famille : L

(lamellaire) ; S (à graphite sphéroïdale)… Valeur de la résistance à la rupture par traction (Rr) en

Mpa. Suivi éventuellement d’un tiret et de la valeur de

l’allongement pour cent (A%) Exemple : EN-GJS 550-7 (fonte à graphite sphéroïdale ; Rr=550 Mpa ; A%=7)

PRINCIPALES FAMILLES DE FONTESDésignation Rr

(Mpa)A% Observations

Fonte à graphite lamellaireEN-GJL 150EN-GJL 200EN-GJL 250EN-GJL 300EN-GJL 350EN-GJL 400

150200250300350400

0.3 à 0.8

Les fontes de moulage par excellence.Le graphite (ou carbone) y est présent sous forme de très fines lamelles.Propriétés : bonne coulabilité, usinabilité, résistance à la compression, capacité d’amortissement des vibrations…Utilisations : Bâtis de machine, supports, carters…

Fonte à graphite sphéroïdaleEN-GJS 400-15EN-GJS 500-7EN-GJS 600-3EN-GJS 700-2EN-GJS 800-2EN-GJS 900-2

400500600700800900

1573222

Les plus utilisées après les précédentes.Le graphite (ou carbone) y est présent sous forme de toutes petites sphères ou nodules.Propriétés : elles se rapprochent de celles des aciers.Utilisations : pièces mécaniques, vilebrequins, arbres, tuyauteries…

Autres familles : fontes malléables à cœur noir (EN-GJMB…) ou à cœur blanc (EN-GJMW…), fontes blanches (FB)…



II-LES METAUX NON FERREUX :

Ces métaux ont souvent une température de fusion basse (facilite le moulage), une grande malléabilité (favorise la déformation à froid), et une bonne usinabilité (basses vitesses de coupe). Ils ont pour avantages par rapport aux aciers : résistance à la corrosion, facilité de fabrication, conductivité électrique, conductibilité thermique, légèreté…mais, ils sont moins résistants mécaniquement et possèdent une soudabilité inférieure.

1.Aluminium et alliages corroyés :

Ce sont les métaux les plus utilisés juste après les aciers, classés dans la catégorie des alliages légers. La famille comprend tous les produits laminés d’usage courant (barres, profilés, tôles, plaques, bandes), les produits filés ou étirés (fils…) et les produits forgés.

Caractéristiques (Al): densité 2.7, fusion 658°C, grande malléabilité, propriétés électriques, conductibilité thermique, bon rapport résistance/poids, résistance à la corrosion…

Désignation (NF EN 573-1 et NF EN 573-2) : EN AW en préfixe, tiret suivi d’un nombre à quatre chiffres pour identifier l’alliage ; au besoin entre crochets le symbole chimique de l’alliage (+ teneur si l’aluminium est pur).

Exemples : EN AW-1050 A [Al 99.5] : est un aluminium pur à 99.5% EN AW-2017 [Al Cu4MgSi] : alliage d’aluminium avec

4% de cuivre, 0.5% de magnésium et 0.5% de silicium.

2.Aluminium et alliages pour la fonderie :

La plupart des nuances sont faciles à mouler, en moule métallique ou en moulage sable ; moyenne, grande série ou en pièce unitaire.

Désignation (NF EN 1780-1 et NF EN 1780-2) : EN AC en préfixe avec le lettre C pour les pièces moulées (ou B : lingot de refusion ; M : alliage mère), tiret suivi des symboles chimiques de l’alliage mis par teneur décroissantes ou 5 chiffres équivalentes.

Exemples : EN AC-Al Si12CuMgNi : alliage pour pièce moulée avec 12% de silicium, de cuivre, (<1%), du magnésium (<1%) et du nickel (<1%).



3.Cuivre et ses alliages :

C’est la plus importante famille de métaux non ferreux juste après l’aluminium. Le cuivre pur est rouge, l’addition de zinc lui donne une couleur jaune et celle de nickel une couleur argent.

Caractéristiques (Cu): densité 8.9, fusion 1083°C, grande résistance à la corrosion, grande malléabilité, conductivité électrique et conductibilité thermique seul l’argent fait mieux), bonne aptitude au soudage et au brasage. Le cuivre et ses alliages ne peuvent pas être traités thermiquement (sauf ceux au béryllium). Cependant leur résistance (Rr) peut être augmentée par écrouissage à froid. L’addition de plomb (Pb), 2 à 3%, augmente considérablement l’usinabilité.

PRINCIPAUX ALLIAGES DE CUIVREDésignation de l’alliage Eléments d’alliageLaiton = Cuivre (Cu)+Zinc (Zn)Bronze =Cuivre (Cu)+ Etain (Sn)Cupro-aluminium =Cuivre (Cu)+aluminium (Al)Cupro-nickel =Cuivre (Cu)+nickel (Ni)Maillechort =Cuivre (Cu)+Nickel (Ni)+Zinc (Zn)

Désignation (ISO 1190-1) : Symbole chimique de cuivre (Cu) ; suivi des symboles chimiques des principaux éléments d’addition avec leur teneur (ou %) classés par ordre décroissant.

Exemple : CuZn27Ni18 : (maillechort avec 27% de zinc et 18% de nickel)


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