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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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 22/33 /33
IntroductionIntroduction
Fixation du snowboard
Mousse
Socle
Fermeture avant
Fermeture arrièreAppui
Crochet
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 33/33 /33
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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 44/33 /33
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
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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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 66/33 /33
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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 77/33 /33
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
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Notions de traitements thermiquesNotions de traitements thermiques
Le revenu
Le recuitLa Trempe
…
Traitement thermiques pour Modifier les Caractéristiques mécaniques du matériau
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 99/33 /33
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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 1010/33 /33
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
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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
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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)
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 1313/33 /33
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
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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.
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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
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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
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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
Valeur de la résistance minimale à la rupture par extension
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
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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
Valeur de la résistance minimale à la rupture par extension
Pourcentage de l’allongement après la rupture
Préfixe
EN - GJMB - 300 - 22
Symbole
Valeur de la résistance minimale à la rupture par extension
Pourcentage de l’allongement après la rupture
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AciersAciers
Fe + C : % en carbone < 2,1%
Aciers d’usage courant Acier Non alliés
Acier fortement alliésAciers faiblement alliés
…Aciers
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 2020/33 /33
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.
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 2121/33 /33
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
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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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 2323/33 /33
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.
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 2424/33 /33
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)
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 2525/33 /33
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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 2626/33 /33
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.
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 2727/33 /33
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.
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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
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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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 3030/33 /33
Tableau des Tableau des ééllééments chimiquesments chimiques
LiLithiumZrZirconiumGaGalliumZnZincFeFerVVanadiumSnEtainWTungstèneCuCuivreTiTitaneCoCobaltSrStrontiumCrChromeSSoufreCeCériumSiSiliciumCdCadmiumPbPlombBBorePPhosphoreBiBismuth
NbNiobiumBeBéryliumNiNickelNAzoteMoMolybdèneAgArgentMnManganèseSbAntimoineMgMagnésiumAlAluminium
Symbole chimiqueÉlément d’alliageSymbole chimiqueÉlément d’alliage
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 3131/33 /33
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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 3232/33 /33
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
TN01 TN01 Hocine KEBIRHocine KEBIRAutomne 2004 Automne 2004 3333/33 /33
Fin