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Identification des metaux

Méthodes d'identification des métaux

Il est essentiel de connaître la composition du métal de base pour réussir une soudure. Une mauvaise identification peut causer les problèmes suivants:

• soudabilité diminuée; • composition inadéquate du métal de base et du métal d'apport; • métal d'apport non compatible avec le métal de base; • propriétés requises absentes (élasticité, ténacité, etc.); • défauts de soudage (fissuration, soufflures, etc.).

Vous devez donc être en mesure d'identifier divers métaux, neufs et usagés, afin de choisir le procédé de soudage adéquat et d'appliquer les bons paramètres. On peut identifier un métal grâce à:

• son apparence; • un essai de fracture; • sa masse; • ses propriétés magnétiques; • un essai de traction; • un essai d'étincelles; • un essai de dureté; • un essai de résistance au choc Charpy.

Apparence

On peut identifier un métal selon sa couleur ou sa forme. La forme d'une pièce peut inclure l'état de sa surface (comporte -t-elle des lignes, est-elle lisse ou rugueuse?) et les caractéristiques de la pièce (est-elle coulée dans un bloc, est-ce un tuyau, comporte-t-elle des angles ou des plaques de support?). Ainsi, un tuyau moulé a de fortes chances d'être en fonte, tandis que s'il paraît forgé, il est probablement en acier.

La couleur d'un métal constitue souvent un bon indice de sa nature. Elle permet d'identifier des métaux tels le cuivre, le laiton, l'aluminium, le magnésium et les métaux précieux.

Si un métal est oxydé, nettoyez-le avant d'observer sa couleur. Cette précaution est particulièrement utile pour identifier le plomb, le magnésium et même le cuivre.

La corrosion, ou la rouille, sur l'acier permet de déterminer s'il s'agit d'un acier au carbone standard ou d'un acier résistant à la corrosion.

Essai de fracture

On peut identifier rapidement certains métaux en observant, à l'œil nu ou au microscope, la structure de leur grain à la suite d'une cassure, ou en examinant les éclats obtenus à l'aide d'un

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burin. La rugosité et la texture de la surface de la brisure indiquent le type de structure du métal. D'autre part, la facilité avec laquelle on peut casser le métal fournit une indication de sa ductilité. Si le métal plie facilement sans se casser, il est ductile. À l'opposé, s'il est friable et se casse facilement, il appartient aux métaux non ductiles. À titre d'exemple, la figure présente la structure de différentes fontes.

Micrographie des fontes

Masse

La masse volumique d'un métal permet parfois de l'identifier. Ainsi, les alliages d'aluminium et de magnésium se distinguent par leur grande légèreté.

Propriétés magnétiques

À l'aide d'un aimant, on peut rapidement vérifier si un métal présente des propriétés magnétiques ou non. par exemple, les aciers au carbone et faiblement alliés, les alliages de fer, le nickel et les aciers inoxydables martensitiques seront fortement attirés par l'aimant, tandis que le cuivre, l'aluminium et le magnésium n'auront aucune réaction.

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Essai de traction

Cet essai consiste à exercer une force de traction suffisante sur une pièce métallique normalisée, appelée éprouvette. Cette force de traction est augmentée graduellement jusqu'à la rupture de l'éprouvette. À l'aide de cet essai, on peut déterminer la limite d'élasticité, la charge de rupture et l'allongement à la rupture de la pièce examinée.

La limite d'élasticité en traction est définie comme étant la contrainte à partir de laquelle la pièce commence à se déformer plastiquement; elle est exprimée en MPa ou en ksi ( 1 ksi = 1000 lb/po2). Pour sa part, la charge de rupture correspond à la charge qui provoque la rupture du matériau. La limite d'élasticité et la charge de rupture diffèrent d'un matériau à l'autre.

Essai d'étincelles

L'essai d'étincelles est une méthode d'identification économique, rapide et relativement précise. Elle consiste à produire un faisceau d'étincelles suffisamment long à l'aide d'une meule. La couleur, la forme, la longueur et l'agitation des étincelles fournissent de bonnes indications au sujet du métal à identifier.

Essai de dureté

Cet essai sert à mesurer la dureté d'un métal en tenant compte de la profondeur à laquelle une pointe pénètre dans le métal lorsqu'on applique une charge donnée.

Les essais de dureté peuvent être réalisés à l'aide de plusieurs appareils de mesure. La principale différence entre les divers essais réside dans la forme de la pointe

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Duromètre numérique (Mitutoyo)

Essai Rockwell

Généralement, on procède à l'essai de dureté Rockwell à l'aide d'un duromètre. La lecture de la dureté Rockwell se fait directement sur le cadran, dont le mécanisme de l'aiguille est relié à

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celui du pénétrateur dans la pièce. Il est à noter que le duromètre est muni de deux échelles de lecture:

• l'échelle B (HRB), utilisée avec le pénétrateur en forme de bille; • l'échelle C (HRC), utilisée avec le cône de diamant.

Les étapes pour effectuer un essai de dureté Rockwell sont les suivantes:

1. Choisir un plateau qui supportera adéquatement la pièce à vérifier.

2. Sélectionner le pénétrateur correspondant au matériau à vérifier (cône pour les métaux trempés et bille pour l'acier doux, la fonte ou les métaux non ferreux).

3. S'assurer que la surface est exempte d'oxydation.

4. Placer la pièce propre et lisse sur le plateau.

5. Exercer une charge initiale de 10 kg en tournant la vis élévatrice (cabestan) jusqu'à ce que la petite aiguille du cadran corresponde avec le point de repère sur celui-ci.

6. Régler la bague du cadran à zéro.

7. Appliquer la charge d'essai: 150 kg pour le cône et 100 kg pour la bille.

8. Enlever la charge aussitôt que l'aiguille du cadran est stable.

9. Lire la mesure de la dureté sur l'échelle appropriée.

Essai Brinell

L'essai Brinell s'effectue en faisant pénétrer une bille d'acier trempé d'un diamètre correspondant à l'épaisseur de la pièce dont on désire connaître la dureté. Le degré de dureté Brinell est obtenu en faisant le rapport entre la force appliquée sur la bille et la surface de l'empreinte. La force ou la charge varie selon la nature du métal et le diamètre de la bille.

Charge Brinell

Fonte et acier Cuivre et alliages Empreinte Aluminium et métaux légers

Épaisseur de la pièce (mm)

Diamètre de la bille (mm)

F=30D 2 Temps(s) F=10D 2 Temps(s) F=2,5D2 Temps (s)

>6 10 3000 30 1000 30 250 60 3 à 6 5 750 30 250 30 62,5 60

<3 2,5 187,5 30 62,5 15,6 60

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F = force en kg

D = diamètre de la bille (mm)

d = diamètre de l'empreinte (mm)

temps = durée de la pression en secondes

Lorsque l'essai est terminé, on mesure le diamètre de l'empreinte afin de calculer la dureté Brinell «HB» (Hardness Brinell) à l'aide de l'équation suivante:

dans laquelle

F= Charge (kg)

D = Diamètre de la bille (mm)

d = Diamètre de l'empreinte (mm)

Voici un exemple d'application de cette équation.

Problème

On effectue un essai Brinell sur une plaque d'acier (alliage inc onnu) de 5 mm d'épaisseur à l'aide d'une bille de 5 mm de diamètre sur laquelle on applique une charge de 750 kg pendant 30 secondes, conformément aux données du tableau. L'empreinte laissée par la bille sur la surface de la plaque a 3 mm de diamètre. Quel est le degré de dureté Brinell de la plaque?

Calcul de la dureté Brinell

La dureté Brinell se calcule à l'aide de l'équation suivante:

dans laquelle

F = 750 kg

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D = 5 mm

d= 3 mm

Il ne reste plus qu'à appliquer ces données pour résoudre l'équation:

HB = 95,5 ce qui correspond à l'acier numéro 1010.

Essai de résistance au choc Charpy

Cet essai sert à mesurer la ténacité des métaux. Il consiste à rompre une éprouvette entaillée par le choc. Le pendule, lâché d'une hauteur H1. vient briser l'éprouvette entaillée au moment où il passe par la position verticale. Après avoir rompu l'éprouvette , le pendule remonte à une hauteur H qui varie selon la ténacité du métal de l'éprouvette. Plus la hauteur H de remontée est faible, plus le métal est tenace et vice versa.

Résumé

Voici, sous forme de courtes définitions, les principales propriétés physiques des métaux:

• Fragilité: absence de flexibilité, cassant. • Ductilité: facilité d'allongement, d'étirement sans rupture. • Élasticité: reprise de la forme après une déformation. • Dureté: difficulté de pénétration. • Malléabilité: mise en forme facile (pâte à modeler). • Ténacité: résistance aux chocs. • Résistance à la corrosion: résistance à la dégradation causée par la réaction chimique

avec l'oxygène. • Résistance à l'abrasion: opposition à l'usure par frottement. • Dilatation et contraction thermiques: allongement et rétrécissement d'un matériau

selon la température. • Magnétisme: propriété des métaux ferreux sensibles à l'attraction des aimants. • Fatigue: détérioration d'un matériau par sollicitations répétées.

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• Point de fusion: température à laquelle le matériau se liquéfie. • Conductivité: capacité de conduire ou de transférer la chaleur ou l'électricité.

Une mauvaise identification des métaux peut causer des problèmes au moment du soudage et produire des soudures déficientes.

L'identification des métaux peut se faire à l'aide des moyens suivants:

• apparence; • masse; • magnétisme; • essai d'étincelles; • essai de dureté; • essai de traction; • essai de résistance au choc Charpy.