Techno Materiaux Bon

CHAUDRONNIER METHODES; Révision 00
Lycée professionnel par BANYONGEN ELIE J D
REPUBLIQUE DU CAMEROUN REPUBLIC OF CAMEROON

Paix – Travail – Patrie Peace– Work – Fatherland
……………… ……………
MINISTERE DE L’EMPLOI ET DE LA MINISTRY OF EMPLOYMENT AND
FORMATION PROFESSIONNELLE VOCATIONAL TRAINING
…………… ……………
SUPPORT DE COURS
TECHNOLOGIE DES MATERIAUX
SOMMAIRE
INTRODUCTION…………………………………………………………………………………………………….. 3
A-DESIGNATION DES METAUX FERREUX……………………………………………………………………. 4
A-1 DESIGNATION DES ACIERS……………………………………………………………….…………... 4
I-1 Désignation numérique…………………………………………………………… …………….. 4
I-1-1 Classification S.A.E, selon la composition chimique………………….………………….. 4
I-1-2 Classification A.I.S.I, selon la composition chimique ……………………..…………….. 5
I-1-3 Classification selon l’emploi……………………………………………………………….. . 6
I-2 Désignation symbolique……………………………………………………………..…..………… 7
I-2-1 Aciers non alliés (Aciers au carbone)………………………………………..…..………… 7
I-2-1-1 Aciers non alliés d’usage général (S, E, etc.)……………………………….……….. 7
I-2-1-2 Aciers spéciaux, non alliés, type C………………………………………………… 9
I-2-2 Aciers faiblement alliés, pour haute résistance…………………………………………… 10
I-2-3 Aciers fortement alliés……………………………………………………………………….. 12
A-2 DESIGNATION DES FONTES…………………………………………………………………………... 13
1) Fontes à graphite lamellaire………………………………………………………………..……. 13
2) Fontes à graphite sphéroïdal……………………………………………………………….…… 14
3) Fontes malléables…………………………………………………………………………….….. 14
4) Autres familles……………………………………………………………………………………. 14
5) Schéma d’obtention des différentes fontes………………………………………………….… 14
6) Désignation normalisée………………………………………………………………………..… 15
7) Principales nuances normalisée et teneur en %................................................................. 15
B-DESIGNATION DES METAUX NON FERREUX ………….………………………………………………... 17
B-1 ETATS METALLURGIQUES……………………………………………………………………………. 17
B-2 ALUMINIUM ET ALLIAGES……………………………….……………………………………………. 17
1) Principales caractéristiques……………………………………………………………………... 18
2) Mise en œuvre……………………………………………………………………………….…… 18
3) Traitements thermiques…………………………………………………………………….……. 18
4) Aluminium et alliages corroyés……………………………………………………………..……. 18
5) Aluminium et alliages pour la fonderie………………………………………………………… 19
B-3 CUIVRE ET ALLIAGES……………………………………………………………………………..….. 22
1) Principales caractéristiques du cuivre…………………………………………………………. 22
2) Cuivres purs………………………………………………………………………………..……… 23
3) Laitons…………………………………………………………………………………….………. 23
4) Bronzes……………………………………………………………………………………….…… 24
5) Cupro-aluminium……………………………………………………………………..………….. 25
6) Cupronickels……………………………………………………………………………………… 25
p. 1
INTRODUCTION
L’étude des matériaux, comme toutes les autres sciences et technologies est en perpétuelle
transmutation.
En effet depuis quelques années, les matériaux utilisés en construction mécanique ont connu de
profonds changements en ce qui concerne leur désignation normalisée.
C’est ainsi que dans le cadre de la mission de recherche pédagogique dévolue aux Inspections de
Pédagogie, les Inspecteurs Pédagogiques Nationaux de Fabrication Mécanique ont entrepris dans la
présente fiche pédagogique, de regrouper les éléments clés en rapport avec la nouvelle approche de
désignation des matériaux industriels, avec pour objectif de mettre à la disposition des enseignants et
élèves la quintessence des données actuelles en rapport avec l’étude des matériaux.
Il s’agit en fait de la mise à disposition des nouveaux mécanismes utilisés par AFNOR, notamment
des exemples de principales nuances des aciers.
p. 2
I. MÉTALLURGIE
Le travail du Métallier s’effectue sur une vaste gamme de métaux. Afin d’être en mesure de choisir
ou de justifier le choix d’un procédé de Production approprié, on doit évidemment connaître les propriétés
et la l’employabilité de la pièce à souder. C’est là que des notions de métallurgie trouvent toute leur utilité.
Ce premier chapitre propose donc un aperçu des propriétés physiques de différents métaux et présente,
plus particulièrement, les métaux les plus communément utilisés en métallerie.
Propriétés Des Métaux

Les métaux se distinguent en fonction de différentes caractéristiques qui leur confèrent des
propriétés spécifiques. Celles-ci déterminent non seulement leur soudabilité, mais aussi la fonction du
métal dans un assemblage.
Fragilité Rupture facile,

aucune flexion
La fragilité désigne la caractéristique d’un métal
qui se brise facilement sous l’effet d’un choc ou d’une
déformation. Il se déforme peu ou pas du tout, et se
casse facilement.
Ductilité
À l’opposé, la ductilité représente la capacité
d’un métal à se déformer sans se rompre. Il peut être
étiré, allongé ou soumis à des forces de torsion. Les
matériaux ductiles sont difficiles à casser parce que les
fissures ou les défauts créés par une déformation se
Déformation
propagent difficilement. facile
Ténacité
La ténacité correspond à la capacité des matériaux à résister aux chocs
sans se briser ni s’écailler. Les marteaux et les équipements utilisés pour
déformer ou couper des plaques d’acier (matrices, poinçons, etc.) sont constitués
de matériaux de haute ténacité.
LA FUSIBILITE:
La fusibilité est la propriété que possèdent certains corps de passer de
l'état solide à l'état liquide sous l'influence de la chaleur.
La température à laquelle se produit ce phénomène se nomme: point de
fusion.
p. 3
Malléabilité
La malléabilité est une caractéristique qui permet au métal de
se laisser façonner. Elle réfère à la résistance relative du métal soumis
à des forces de compression, comme Le forgeage ou le laminage.
Un exemple de matériel extrêmement malléable, quoique non

soudable, est la pâte à modeler. Façonnement facile
Notons que la malléabilité d’un matériau croît avec

l’augmentation de la température.
En soudage, on travaille généralement avec des matériaux ductiles et malléables.
La figure 1.1 présente certains matériaux en fonction de leur ductilité/malléabilité.
Figure 1.1 Du plus fragile au plus ductile
Céramique Béton Fonte Acier dur Acier doux Aluminium Cuivre
Fragile Ductile
Élasticité
L’élasticité désigne la capacité d’un matériel à
Reprendre sa forme originale après avoir subi
une déformation. C’est le cas typique d’un
ressort qu’on étire puis qu’on relâche.
Reprise de l’état initial
après la déformation
Saviez-vous que...
La plupart des métaux sont élastiques jusqu’à un certain niveau de déformation. Dépassé
cette limite, les métaux demeurent déformés en permanence même en enlevant la force exercée ; on
parle dans ce cas d’une déformation plastique ou irréversible. À la suite d’une déformation encore
plus importante, les métaux peuvent subir des ruptures.
LA DUCTILITE:
La ductilité est la quantité que possèdent certains métaux de pouvoir être réduits en fils de faible section.
L'opération mécanique qui permet d'obtenir ces produits s'appelle le tréfilage est pratiqué dans des filières.
Exemple: L'or, l'argent, le cuivre et l'aluminium sont par ordre décroissant très ductiles.
p. 4
Dureté
Empreinte
La dureté est la capacité d’un corps à résister à la
pénétration d’un corps plus dur que lui. Elle se caractérise aussi par
sa résistance aux rayures. Le diamant constitue le matériau le plus
dur. Les aciers à haute teneur en carbone sont durs, les aciers doux,
un peu moins, et l’aluminium est de faible dureté
Résistance à l’abrasion
Les matériaux durs présentent aussi une bonne résistance à l’abrasion, c’est-à-dire qu’ils ne s’usent pas
facilement par frottement. En termes pratiques, ils sont plus difficiles à meuler.
Meule
Résistance à la corrosion
La résistance à la corrosion désigne la capacité d’un
matériau à ne pas se dégrader sous l’effet de la combinaison
chimique de l’oxygène et du
métal. Un métal ferreux
résistant à la corrosion ne
rouille pas ; c’est le cas des aciers inoxydables et de certains autres Pièce à meuler
aciers d’alliage.
Magnétisme
Le magnétisme est une propriété caractéristique des métaux
ferreux, qui les rend sensibles aux aimants.
Caractéristiques thermiques et électriques

En soudage, le comportement d’un matériau sous l’effet de la chaleur permet de déterminer sa
soudabilité, car la plupart des procédés de soudage impliquent l’application locale de chaleur. Voyons ici trois
propriétés thermiques importantes des métaux.
Dilatation et contraction (ou retrait) thermiques

Lorsqu’un matériau est chauffé, il s’étire un peu ; c’est ce qu’on appelle la dilatation. À l’opposé, il
subit un raccourcissement sous l’effet du froid ; c’est la contraction ou le retrait (figure 1.2). Le niveau de
dilatation et de retrait d’un métal influe sur sa soudabilité. Plus le métal s’étire ou se raccourcit, plus le risque
que des fissures ou des déformations apparaissent est élevé. On définit la capacité de dilatation/retrait des
métaux par un coefficient thermique. Ainsi, le coefficient thermique de l’aluminium, par exemple, est plus élevé
que celui de l’acier. Pour une même variation de température, l’aluminium se dilate presque deux fois plus.
p. 5
Figure 1.2 Dilatation et contraction
50 mm >50 mm
200 mm >200 mm
50 mm >50 mm
Barre avant le chauffage Barre dilatée à la suite du chauffage
50 mm
200 mm
50 mm
Barre contractée après refroidissement
Point de fusion
Le point de fusion indique la température à laquelle un métal passe de l’état solide à l’état
liquide. Le point de fusion est un facteur important pour déterminer la soudabilité d’un métal. Ainsi,
plus le point de fusion d’un métal est bas, moins la chaleur nécessaire pour le souder sera élevée.
Le tableau de la figure 1.3 présente les points de fusion de quelques matériaux
Figure 1.3 Points de fusion
Matériau Température de fusion en °C Température de fusion en °F

Mercure -39 -38
Magnésium 650 1 202
Aluminium 660 1 220
Cuivre 1 085 1 985
Nickel 1 453 2 647
Fer 1 535 2 795
Titane 1 660 3 020
Alumine (oxyde d’aluminium) 2 054 3 729

Carbone (diamant) 3 550 6 422
p. 6
Notez que l’oxydation de l’aluminium a un effet important sur le point de fusion. C’est pour cette
raison qu’on doit s’assurer d’enlever la couche d’alumine avant de souder l’aluminium.
Conductivité
La conductivité thermique est la capacité d’un matériau à conduire ou à transférer la chaleur (figure
1.4). La conductivité thermique est importante parce qu’elle permet de déterminer le niveau de préchauffage
nécessaire et la quantité de chaleur requise pour le soudage. Le cuivre est un très bon conducteur thermique.
L’aluminium possède environ la moitié de la conductivité thermique du cuivre, alors que l’acier, seulement un
dixième.
Figure 1.4 Conduction de chaleur dans une tige métallique
T1 T2 T3
Sens de propagation
de la chaleur
La conductivité électrique, quant à elle, est définie par la capacité d’un matériau à transmettre
l’électricité, d’où son importance lorsqu’on a affaire à des procédés de soudage électriques. En général, la
conductivité électrique diminue avec la température.
Exercice 1.1
1. Dans la figure 1.5, associez les différentes propriétés des métaux à l’énoncé correspondant.
Figure 1.5
Quelle est la propriété qui... Propriétés des métaux
1. Magnétisme
a) permet au métal d’être allongé ou déformé sans se rompre ? i) ne supporte pas les
2. Ductilité
efforts de pliage et
b) permet au métal de reprendre sa forme après avoir été provoque le bris du
déformé ? 3. Résistance à lad’un choc
matériau lors
corrosion
ou d’un impact ?
c) permet la transmission de la chaleur dans un métal ?
4.j) Dureté
permet au métal de
d) facilite le façonnage d’un métal en feuille mince sous un conduire l’électricité ?
effet de compression ? 5. Ténacité
k) permet au métal de
e) correspond à une bonne résistance à la rupture par choc ? 6. Fragilité
résister à l’oxydation ?
f) attire les métaux ferreux vers les aimants ? 7. Élasticité
g) indique la température à laquelle le métal se liquéfie ? 8. Malléabilité
9. Conductivité électrique
h) permet à la surface d’un métal de résister aux rayures ?
10. Conductivité thermique
11. Point de fusion

p. 7
Les métaux ferreux contiennent du fer ; la plupart sont magnétiques. En soudage, l’intérêt pour les
métaux ferreux est grand, car cette catégorie contient tous les aciers. En effet, l’acier est
essentiellement composé de fer auquel on a ajouté un faible pourcentage de carbone. Pour former
les aciers alliés, on ajoute aussi d’autres métaux qui confèrent à l’alliage des propriétés
particulières.
II. GENERALITES SUR L’ELABORATION DES METAUX ET ALLIAGES
Objectifs spécifiques :
A la fin de ce chapitre je devrais être capable de :
 Décrire le principe de la métallurgie ;

 Enoncer les étapes de l’élaboration de l’acier ;
 Enoncer le principe d’élaboration des produits finis.
I-1 GENERALITES SUR LA METALLURGIE
De nombreuses connaissances sur l’origine et les méthodes courantes de fabrication et

d’affinages des métaux représentent un avantage important pour le mécanicien général et en
particulier pour le technicien en soudage. Aujourd’hui l’acier et les aciers alliés sont les
métaux les plus utilisés dans l’industrie. Le secteur qui s’occupe de ces métaux est la
métallurgie, ainsi la métallurgie est l’ensemble des procédés et des techniques d’extraction du
minerai, d’élaboration , de formage et de traitement des métaux et des alliages alors que la
sidérurgie est l’ensemble des techniques permettant d’élaborer et de mettre en forme le fer, la
fonte et l’acier.
I-2 MINERAI ET PRINCIPE DE TRAITEMENT METALLURGIQUE

Le minerai de la fonte est formé d’oxydes (oxyde magnétique, oxyde ferrique, oxyde
ferrique hydraté) ou de carbonates mélangés à une gangue. Son traitement mécanique consiste
au concassage du minerai brut, puis le triage et en fin le broyage en fibres.
Industriellement, le traitement du minerai se fait dans un haut fourneau : c’est une sorte
de four cylindro-conique en brique réfractaires et ossatures métallique. C’est dans la partie
inférieure que le métal fondu s’accumule.
A la partie supérieure du creuset on introduire par l’intermédiaire des tuyères l’air
soufflé et réchauffé nécessaire à la combustion du coke. En description générale, le haut
fourneau est constitué de bas en haut :
 Le creuset : il est en brique réfractaire et mesure environ 14 m de diamètre ;
 Les tuyères : ils sont au niveau supérieur du creuset et sont refroidis par circulation
d’eau ;
 Les étalages : partie tronconique surmontant le creuset, zone très chaudes de 1800
à2000 oC ;
 La cuve : tronc de cône inversé, elle contient le principal de la charge ;
p. 8
 Le gueulard : il permet l’introduction des charges sans pertes de gaz.

I-3 ELABORATION DE LA FONTE
Le haut fourneau est chargé par la partie supérieure ou Gueulard, on introduire par
couche alternées le minerai, le fondant et le coke (combustible ou charbon presque pur) qui
descendent graduellement au fur et à mesure que la fonte s’élabore.
Principe le minerai à traiter comprenant de l’oxyde de fer et de la gangue, il faut pour

obtenir le métal :
 Libérer le fer en faisant agir un corps susceptible de se combiner avec l’oxygène de l’oxyde.
 Séparer le fer de la masse par fusion du métal qui coule et se rassemble à la partie inférieure
du four.
 Eliminer la gangue en ajoutant un fondant qui donne avec la gangue le laitier.
Le rôle du laitier est d’éliminer les impuretés de la gangue (phosphore, soufre) grâce
à leur légèreté par rapport à la fonte car il surnage sue la fonte.
I-4 ELABORATION DE L’ACIER
L’acier est un alliage de fer et de carbone, contenant un peu de Si, Mn, P, Dans tous les
différents procédés dits « affinage »la fonte de première fusion et les riblons (ferrailles) sont les
deux produits de base. L’affinage se passe toujours dans des fours en deux étapes : une réaction
d’oxydation et une réaction de réduction. Les anciens procédés tels que THOMAS, MARTIN
et autres ont été amélioré par les nouvelles technologies mais gardent toujours la même racine.
Les fours qui permettent la production de l’acier sont :
 Fours à oxygène ;
 Fours électrique ;
 Fours à réverbère ;
 Fours à vide ;
 Fours à induction etc.
La majeure partie des aciers du monde est aujourd’hui produit par les fours à oxygène. Le
procédé est amorcé en inclinant le four puis en versant de la ferraille d’acier et du saumon du fer
issu d’un haut fourneau. Une fois le four mise en position verticale, on abaisse une lance d’oxygène
refroidie à l’eau à environ 2 m au-dessus du métal en fusion. L’oxygène est ensuite projeté à une
très grande vitesse dans le four, pendant que l’on ajoute de la chaux et d’autres flux qui se
combinent au carbone et aux impuretés. Le puissant jet d’oxygène brule le carbone et les impuretés
du métal en fusion et produit de l’acier.
p. 9
Minerais
Coke Fondant
Gaz de gueulard
250°c
Cuve
Solides gaz
Ventre creuset
1300°c
Laitier en fusion
Fonte en fusion Air
1600°c
Étalage
SCHEMA DU HAUT FOURNEAU.
p. 10
p. 11
p. 12
ELABORATION DES PRODUITS FINIS
La mise en forme peut se faire par écrasement ou déformation plastique de la matière, à

chaud ou à froid. L’ébauche est un lopin et se façonne par chocs ou pressions. La mise en forme
exploite les propriétés du matériau de déformer sans rupture des fibres du métal.
A. MISE EN FORME PAR ECRASEMENT

a) Le laminage
Le laminage consiste à façonner des produits de section constante et de grande longueur
(tôle, profilés), par écrasement entre deux cylindres cannelés ou non radialement, à chaud ou froid.
Ce travail se fait à partir d’ébauche venant de la sidérurgie (lingots) qui, par passage successifs
entre les cylindres de laminoir, arrivent progressivement à la forme marchande. Le laminage
conduit aux produits semi-finis (brames, blooms, biellettes, …) et aux produits finis (ronds, tôles,
profilés ; …)
b) Matriçage-estampage
Il consiste à placer le lopin à chaud entre deux matrices dans lesquelles les
empreintes sont creusées par usinage conventionnel. Les matrices peuvent avoir plusieurs
empreintes qui correspondent à des passes successives de mise en forme du lopin. Sous
l’action des chocs répétés le lopin rempli les empreintes et les excédents de matières
constituent les bavures qui se logent dans la plan du joint.
p. 13
c) Filage ou extrusion
Il consiste à forcer le métal d’un lopin, d’un flan ou d’une ébauche forgée à passer
dans une filière ou entre une matrice et un poinçon par choc ou pression. Selon la
malléabilité de la matière, l’opération se fait à chaud ou à froid.
d) Tréfilage-étirage
Ce procédé consiste à étirer une ébauche, le plus souvent laminée, au travers d’une filière.
Généralement, cette opération se réalise à froid et la matière subie un écrouissage qui augmente la
résistance à la rupture par extension.
A. MISE EN FORME PAR DEFORMAGE

La mise en forme des produits plats s’effectue par
déformation progressive et sans modification
majeure de l’épaisseur de la tôle.
a) Le pliage
La tôle est serrée entre un poinçon et une matrice en
Vé dont l’angle est sensiblement égal à celui du pli à
réaliser.
e) Le roulage
Le roulage consiste à donner une forme de révolution à génératrice rectiligne
sur une tôle par passage entre des rouleaux.
p. 14
f) Le profilage
Le profilage consiste à donner une forme profilée à une tôle de grande longueur par l’action
progressive de galets de formes complémentaires, couplés deux à deux.
g) Emboutissage
L’emboutissage consiste à obtenir des pièces de forme creuse à partir d’ébauches appelées flans,
par l’action d’un poinçon et d’une matrice de formes complémentaires. Suivant l’épaisseur,
l’opérateur se fait une ou plusieurs passes sur des presses à vérin
b) Mise en forme par écrasement-pliage
Il consiste à provoquer une déformation de

la matière sous l’action de deux phénomènes : le
pliage et l’extrusion à froid du métal entre un
mandrin et une molette
p. 15
Les Familles De Matériaux
La fabrication d’un objet implique le choix de matériaux. Ce choix dépend de l’utilisation

dans laquelle la pièce va être utilisée, pour cela il faut tenir compte des propriétés physiques,
mécaniques, électriques... qui caractérisent chacun des matériaux.
On peut classer les différents matériaux selon 3 familles d’origine :
- végétale, qui provient essentiellement des plantes, bois, écorce, fibre.
- animale, qui provient d’être vivant : vache, dain, ...
- minérale, qui provient essentiellement des minerais, roches.
1. D’origine minérale ...
a) Les métaux et alliages de métaux

Les métaux sont des éléments naturels. On les trouve dans le sol, le plus souvent sous forme
de minerai ( roche riche en métal ), parfois sous forme de métal ( pépite d’or ). Ce sont de très bons
conducteurs de courant électrique et de chaleur. En incorporant à un métal un ou plusieurs autres
matériaux, on forme des alliages. La plupart des métaux sont attaqués par l’oxygène de l’air et
transformés en oxyde ( la rouille est de l’oxyde de fer ). Une fois triés, ils peuvent être facilement
recyclés. On peut classer les métaux dans 2 catégories :
- alliages ferreux
Le fer et ses alliages ( la fonte et l’acier )
- alliages non ferreux
- L’aluminiun et ses alliages ( le duralium, le zamac )
- Le cuivre et ses alliages ( le laiton, le bronze ).
b) Le verre
Utilisé depuis plus de 3000 ans, le verre est la plus ancienne matière articifielle. Le verre
est un mélange de sable, de soude et de calcaire. Ce mélange est broyé et chauffé à 1500°C. Le
verre sert à fabriquer des bouteilles, vitres et autres récipients. Actuellement les bocaux et
bouteilles sont produits par moulage.
c) Les céramiques
Ce sont les matériaux les plus anciens utilisés par l’homme (10000 ans environ). Les
céramiques sont très dures, très rigides, résistent à la chaleur, à l’usure et à la corrosion, mais sont
très fragiles ( cassantes ).
Exemple : Terre cuite, porcelaine, plâtre,ciment,...

p. 16
d) Les Plastiques
Les objets en plastique sont les plus nombreux utilisés à ce jour. Les matières plastiques
sont des matériaux synthétiques : ils n’existent pas dans la nature, mais ils sont
cependant fabriqués à partir d’éléments naturels ( charbon, pétrole, gaz naturel, bois…). Ils
sont créés à partir de matières telles que le charbon, le pétrole ou le bois. Ils conduisent mal la
chaleur et l’électricité, et sont dangereux pour l’environnement. Les plastiques sont facilement
façonnables. On peut les classer en 3 catégories :
- Les thermoplastiques : Ce sont les plus utilisés, ils ramolissent et se déforment à la

chaleur. Ils peuvent être refondus et remis en oeuvre plusieurs fois. Exemple : PVC ( tuyaux, cables
… ), Polystyrène ( jouets … ), Nylon, Plexiglas ( lentilles, vitrages…).
- Les thermodurcissables : Ils durcissent sous l’action de la chaleur. Une fois créé, on ne
peut plus les remodeler par chauffage. Exemple : bakélite ( boitiers…), polyester ( régles..)
- Les élastomères de synthèse : Ils reprennent leur forme après déformation, ils sont
caractérisés par une très grande élasticité. Le caoutchouc est obtenu à partir du latex, sève
blanchâtre de l’hévéa ( un arbre ). On peut également fabriquer à partir du pétrole du caoutchouc
synthétique. Exemple : néoprène (Combinaison de plongée).
2. D’origine végétale ...
a) Le bois
Matériau naturel très utilisé à l’état brut (meubles, charpentes,..) ou transformé (contre-
plaqué) et sensible à l’humidité.
b) Les composites
Nouvelle génération de matériaux, très résistants et légers. Ils sont composés de matériaux
que l’on ne mélange pas mais que l’on juxtapose. Ils sont très rèsistants mais aussi très couteux.
Exemple : bateau, planche à voile.
c) Les toiles et tissus
Le coton provient des gousses des graines de coton et le lin des tiges d’une plante du même
nom.
3. D’origine animale ...

Les toiles et tissus
2 types de fibres constituent ces étoffes :
- fibres naturelles, pour la laine ( fournie par des moutons, lamas, chèvres,...) et pour la soie
( extraite des cocons d’une chenille appelée ver à soie).
p. 17
- fibres artificielles, comme le Nylon fait à partir de pétrole
4. Définitions
Corrosion : l’action de l’air sur le métal forme une couche d’un brin roux appelée rouille,
qui pénètre dans le matériau et le ronge progressivement.
Moulage : déformation du matériau à chaud.
Synthétique : qui a été formé artificiellement.
Contre-plaqué : bois assemblé par collage en lames minces.
Fibre: fils constituant certains tissus animaux et végétaux.
5. Caractéristiques de quelques matériaux commun
ALUMIN PLASTI COMPO

ACIER CUIVRE
IUM QUES SITES
Résist
ance à la 9 3 7 1 12
traction
Masse
12 5 13 2 3
volumique
Condu
ctibilité 5 11 13
électrique
Usina
10 12 12 12
bilité
Aptitu
5 8 9 11 12
de au formage
Condu
ctibilité 4 10 13 12 1
thermique
Elastic
1 - - 12 3
ité
Coût
2 6 10 4 12
de revient
p. 18
Résist
ance à l’air 3 9 8 12 12
marin
Aptitu
de au 12 12 12 5 5
recyclage
6. Le choix du matériau et Applications
Le choix du matériau à utiliser dépend de plusieurs critères :

 Des actions mécaniques subies par la pièce ( traction, flexion… )
 De l’environnement ( corrosion, température .. )
 Des propriétés physiques ( masse volumique, conductibilité … )
 Le prix de revient
Le choix des matériaux utilisés en construction mécanique n’est donc pas aléatoire. Ce
choix est fait afin d’obtenir pour chaque produit les 3 critères suivants : solidité, fiabilité,
production économique.
) Caractéristiques physiques
 La couleur : particulière à chaque matériaux. Exemple : cuivre rouge, acier gris clair…
 La densité : c’est le quotient de la masse d’un solide en kg, par son volume en dm3. Exemple :
eau = 1 ; acier = 7,8 ; plomb = 11,4…
p. 19
 La malléabilité : aptitude des métaux à être façonné à froid ou à chaud, sous l’action de chocs
ou de pression. Exemple : cuivre, plomb et étain sont très façonnables.
 La fluidité : aptitude des métaux rendus à l’état liquide de s’étaler plus ou moins facilement, et
de remplir les empreintes de moules ( fonderie ).
 La ductilité : aptitude des métaux à être étirés en fils ( cuivre, aluminium ..).
 La conductibilité : aptitudes des métaux à conduire plus ou moins bien la chaleur ou le courant.
 La soudabilité : aptitude des métaux à s’assembler par soudure.
 L’usinabilité : aptitude des métaux à être façonné par enlèvement de copeaux.
 La plasticité : aptitude des métaux à se déformer sous l’effort et de conserver cette déformation
lorsque l’effort disparaît.
b) Caractéristiques mécaniques
 La dureté : c’est la résistance à la pénétration d’un métal par un autre. Exemple : acier plus dur
que le plomb.
 L’élasticité : aptitude des métaux à reprendre leur forme initiale après déformation sous l’action
d’un effort.
EXERCICES D’ APPLICATION (voir tableau famille des materiaux)
p. 20
Aciers au carbone
Les aciers au carbone (non alliés) contiennent entre 0,06 et 2,11 % de carbone (en deçà de
0,06 % de carbone, le métal est considéré comme étant du fer). Par ailleurs, sur le marché, on
trouve rarement des aciers à teneur en carbone supérieure à 1,7 %.
On distingue quatre catégories d’aciers non alliés en fonction de leur teneur en carbone,
comme le montre le tableau de la figure 1.6.
Figure 1.6 .Teneur en carbone des aciers
Type d’acier Teneur en carbone (%)

Acier doux De 0,06 à 0,2
Acier semi-dur De 0,2 à 0,5
Acier dur* De 0,5 à 0,95
Acier extra-dur** De 0,95 à 2,11

* Les aciers non alliés dont la teneur en carbone dépasse 0,5 % ont généralement
une soudabilité très faible ou nulle ; ils permettent cependant de fabriquer de très
bons outils.
** L’acier extra-dur à teneur en carbone supérieure à 1,7 % ne se trouve pratiquement
pas sur le marché.
La figure 1.7. illustre les utilisations possibles des divers types d’aciers en fonction de leur
teneur en carbone, tandis que le tableau de la figure 1.8 présente les caractéristiques des trois
principaux types d’aciers employés.
Figure 1.8.Caractéristiques et propriétés des principaux types d’aciers
Type d’acier Caractéristiques et propriétés

p. 21
Acier doux – Est le plus largement utilisé dans l’industrie.
– Sert à fabriquer des boulons, des écrous, des articles en tôle, etc.
– Constitue près de 85 % de la production totale d’acier.
– Est malléable, même à froid.
Acier semi-dur – Est plus résistant à la traction que l’acier doux.

– Est plus difficile à souder que l’acier doux.
– Constitue un acier d’usage général pour la fabrication d’outils (ex. :
marteaux, tournevis, ressorts, etc.), d’éléments préfabriqués, de pièces
forgées, etc.
Acier dur – S’usine bien mais se soude difficilement ; on l’appelle aussi acier à
outils, car il sert à la fabrication d’une grande gamme d’outils divers.
– Sa teneur élevée en carbone lui procure une grande dureté, mais le rend
fragile.
– L’assemblage de l’acier dur peut se faire par boulonnage, vissage ou
rivetage.
– On peut le souder avec des pièces dont le point de fusion est plus bas,
par exemple en fondant de l’aluminium directement sur l’acier dur.
En règle générale, plus un acier est dur, moins il est ductile.
On ajoute souvent aux aciers doux et semi-durs quelques additifs (par exemple du silicium,
mais en quantité inférieure à 0,06 %, ou du manganèse, en quantité inférieure à 1,2 %) qui servent
à stabiliser la structure du métal et à augmenter sa soudabilité. Par ailleurs, on y retrouve
quelquefois des résidus du processus de fonte (comme le soufre ou le phosphore), mais la quantité
de ces éléments ne dépasse pas 0,06 %.
Structure Et Traitements Des Aciers

Les traitements thermiques de l’acier modifient la forme des composés fer-carbone à
l’intérieur de sa structure et, par le fait même, ses propriétés.
◆ Trempe
Les aciers peuvent être soumis à un traitement thermique, soit la trempe, qui augmente leur
dureté. Lorsqu’on trempe un acier, on le chauffe à une température assez élevée pour changer sa
structure interne. Une quantité supplémentaire de carbone est absorbée dans le métal, puis on le
refroidit rapidement (généralement dans un bain de trempe constitué d’huile). C’est au moment du
refroidissement que le durcissement se produit. Un refroidissement rapide amène l’acier à durcir.
La trempe est le procédé de base du durcissement de l’acier par traitement thermique. Elle
consiste à chauffer le métal à une température à laquelle se forme l’austénite (solution solide de
carbone dans le fer), généralement vers 800 °C, puis à le refroidir brusquement dans de l’eau ou
de l’huile. Cela conduit à la formation de martensite, composé qui confère à l’acier sa dureté. L’un
des buts du traitement thermique est de contrôler la quantité, la taille, la forme et la répartition des
particules de cémentite dans la ferrite. En effet, ces paramètres déterminent les propriétés
physiques-de-l’acier.
Il existe de nombreuses variantes du procédé de base. Les métallurgistes ont découvert que
p. 22
l’austénite se transforme en martensite à la fin de la phase de refroidissement, et que cette réaction

chimique s’accompagne d’un changement de volume qui peut faire craquer le métal si ce
refroidissement est trop rapide. Plusieurs procédés relativement récents ont donc été mis au point
pour éviter ce problème. Dans le procédé de la trempe étagée, l’acier est retiré de la trempe avant
qu’il ne se transforme en martensite, puis est refroidi lentement à l’air ou à l’eau.
◆ Revenu
Le revenu est un traitement thermique qui est souvent associé à la trempe. On l’utilise pour
augmenter la résistance aux chocs de l’acier trempé, tout en conservant sa dureté. Le revenu
s’effectue en chauffant la pièce à des températures plus basses. À mesure que le métal est chauffé,
sa couleur varie et on peut déterminer la température de chauffe idéale simplement à partir de la
couleur de l’acier (figure 1.9).
Figure 1.9 Variation de la couleur de l’acier en fonction de la température de revenu

Températures
Couleur Types de pièces
(°F) (°C)
Bleu foncé 572 300 Ressorts
Violet 536 280 Burins
Rouge-brun 500 260 Alésoirs et

ciseaux à bois
Jaune foncé 464 240 Forets, tarauds

et filières
Jaune clair 428 220 Grattoirs, outils de

tournage et fraiseuses
◆ Recuit
Le recuit vise l’effet contraire de celui de la trempe. On chauffe l’acier à une température
un peu moins élevée et on le refroidit lentement. Cela permet de retrouver la structure initiale. Le
taux de refroidissement ne doit pas dépasser 50 ºC/h et on doit prévoir au moins 24 heures pour
refroidir la pièce.
◆ Normalisation
La normalisation vise à rendre la structure de l’acier plus homogène et est tout indiquée
après un soudage ayant requis beaucoup de chaleur, et ce, dans le but d’éliminer les tensions
internes. Pour normaliser une pièce, on la chauffe à 40 ou 50 ºC au-dessus de sa température de
transformation et on conserve cette température une heure pour chaque 25 mm d’épaisseur de la
pièce. Ensuite, on la laisse simplement refroidir à l’air libre.
p. 23
Aciers Alliés
Les aciers alliés sont des aciers contenant des éléments d’alliage supplémentaires qui
permettent d’obtenir des propriétés supérieures : augmenter leur dureté, leur résistance à la
corrosion, leur élasticité, leur résistance à l’usure, ou encore obtenir une augmentation de leur
température critique (il s’agit de la température à laquelle le métal subit une perte de ses
propriétés).
On parle d’aciers fortement alliés si les éléments d’alliage comptent pour plus de 5 % de
leur composition ; sinon, on les appelle aciers faiblement alliés.
Certains aciers alliés ont été élaborés spécifiquement afin d’augmenter leur soudabilité.
Lors du processus de durcissement des aciers (la trempe), les aciers sont chauffés puis refroidis.
Lorsque la pièce est mince, le refroidissement se produit également partout ; par contre, pour une
pièce épaisse, le centre refroidit moins rapidement que la périphérie, ce qui crée des tensions
internes. Des aciers alliés ont donc été développés pour remédier à ce problème.
La figure 1.10 présente les éléments d’alliage les plus fréquemment utilisés, leurs effets sur
les aciers, de même que leur utilisation.
Figure 1.10. Éléments utilisés dans la fabrication des aciers alliés
Élément Symbole Effets Utilisation

chimique
Aluminium Al Sert de décapant pour éliminer les impuretés et Fabrication des aciers
améliorer la grosseur du grain ; limite le
grossissement du grain.
Carbone C Augmente la dureté et la ténacité. Améliore Aciers moulés à basse, moyenne
l’aptitude à la trempe et la résistance à l’usure. ou haute teneur en carbone,
aciers de construction
Chrome Cr Aciers inoxydables, outils,
Augmente la dureté et améliore la résistance à
l’usure, sans fragilité. turbines, aciers de construction,
Augmente la ténacité et la résistance à la pièces de machines, récipients
corrosion. Diminue la ductilité de l’acier.
sous pression
Cobalt Co Fabrication de fourneaux et
Maintient la dureté du métal porté au rouge.
d’outils de coupe
Cuivre Cu
Augmente la résistance à la corrosion Profilés
atmosphérique ; abaisse la température critique.
Réduit l’usinabilité par forgeage, mais n’influe
pas sur le soudage réalisé à l’arc électrique ou
par procédé
oxyacétylénique lorsqu’il est présent dans une
proportion supérieure à 0,15 %.
Étain Sn Est utilisé comme revêtement et pour Industrie de mise en conserve
empêcher la corrosion.
Figure 1.10. Éléments utilisés dans la fabrication des aciers alliés (suite)
Élément Symbole Effets

chimique
p. 24
Utilisation
Manganèse Mn Affine la structure ; augmente la ténacité Rails, essieux, barillets d’armes
et la ductilité. Améliore la qualité et le à feu
fini de surface, l’aptitude à la trempe, la
résistance aux chocs et la résistance à
l’usure.
Molybdène Mo Durcit et augmente la ténacité des aciers. Récipients sous pression,
moulage pour applications sous
pression, pièces de machines,
outils
Nickel Ni Résiste aux effets de la chaleur et de la Turbines, forgeage industriel
corrosion ; améliore la résistance à la pour charpentes à haute
traction et la ductilité de l’acier. résistance, aciers inoxydables,
récipients sous pression
Phosphore P Augmente la limite apparente d’élasticité Aciers faiblement alliés
et la trempabilité. Améliore les qualités
d’usinage. Plus la proportion de phosphore
augmente, moins l’alliage est résistant aux
chocs.
Plomb Pb Améliore l’usinabilité lorsque ajouté à Dans un milieu corrosif
l’étain ; est utilisé pour empêcher la
corrosion.
Silicium Si Est utilisé pour améliorer la résistance à la traction / Moulage de précision, aciers
à. Agit comme désoxydant en aimants et pour équipement
général. Accroît la résistance à la dureté, électrique
mais moins que le manganèse.
Soufre S
Améliore l’usinabilité. Plus l’alliage contient Pièces usinées
de soufre, moins il est facile à souder.
Titane Ti Constitue un agent nettoyant. Prévient la Aciers inoxydables, aciers

précipitation du carbone dans les aciers . faiblement alliés
inoxydables
Tungstène W Augmente la ténacité, la dureté ainsi que Aciers pour outils à coupe
la résistance à l’usure à des températures rapide, aimants
élevées.
Vanadium V Procure de la ténacité et de la résistance à Fabrication d’aciers, d’outils,
la traction. Résiste à l’adoucissement lors de pièces de machines
de la trempe. Retarde le grossissement du grain
à la température critique.
Figure 1.10 Éléments utilisés dans la fabrication des aciers alliés (suite)
Élément Symbole Effets Utilisation

chimique
p. 25
Zinc Zn Résiste à la corrosion. Revêtement de l’acier

(galvanisation)
Zirconium Zr Est utilisé comme désoxydant, élimine Tubes de charpente
l’oxygène, l’azote et les inclusions d’éléments
non métalliques lorsque l’acier est en fusion ;
structure à grain fin.
Aciers inoxydables
On trouve différents types d’aciers inoxydables qui possèdent tous la caractéristique d’être
très résistants à la corrosion. Ce sont des aciers fortement alliés dont les éléments d’alliage
constituent plus de 35 % du contenu. On distingue généralement trois catégories d’aciers
inoxydables : les aciers austénitiques, ferritiques et martensitiques (figure 1.11).
Figure 1.11. Composition et propriétés des aciers inoxydables
Type d’acier Composition des alliages Propriétés

inoxydable
Austénitique Chrome : 14 à 30 % Nickel : – Ductile
6 à 36 % – Tenace
– Très résistant à la corrosion
– Non magnétique
Ferritique Chrome : 11 à 27 % – Magnétique
Carbone : 0,12 à 0,35 % – Résistant
– Ductile
– Résistant à la corrosion et à
l’oxydation (surtout lorsque le
taux de carbone est un peu plus
élevé)
Martensitique Chrome : 4 à 18 % – Très rigide et résistant
Carbone : pas plus de 0,15 % – Magnétique
Autres éléments d’alliage : jusqu’à 3 % – Fragile
Fontes
Les fontes (figure 1.12) sont des alliages de fer et de carbone, dont la quantité de carbone
excède 2,11 %. Elles sont dures, mais fragiles, et sont plus faciles à mouler (par coulage) que
l’acier, mais plus difficiles à souder. Le tableau de la figure 1.12 définit les différents types de
fontes et leurs propriétés.
Figure 1.12. Propriétés et utilisations des différents types de fontes
Type de fonte Propriétés Utilisations

Fonte grise – Économique, la plus répandue – Pièces coulées d’usage
– Facilement usinable général
– Facile à couler - Bâtis pour machines-
– Bonne absorption des outils
vibrations
– Grande résistance à l’usure
– Bonne conductivité thermique
Fonte blanche – Très dure et fragile – Pièces d’usure
– Usinable (ex. : pointe, dents de godets)
– Résistante – Broyeurs
– Fonderie d’art
p. 26
Fonte malléable – Usinable – Engrenages

– Moins fragile que la fonte Joints de
blanche tuyauterie
– Bâtis
Fonte nodulaire (ou – Métal intermédiaire – Vilebrequins
entre la fonte grise et l’acier – Pistons
ductile)
– Bonne résistance – Bâtis
aux chocs – Contient du
magnésium.
Fonte alliée – Contient des éléments – Industrie
d’alliage comme le nickel, le chrome, le automobile (ex. : cylindres,
molybdène, le cuivre ou le manganèse pistons, carters, tambours)
(généralement plus de 3 %). – Pièces
– Bonne résistance mécanique exposées à l’action d’agents
– Bonne résistance à l’usure abrasifs
– Bonne résistance à la corrosion
– Bonne résistance à la chaleur –
Bonne capacité d’amortissement des vibrations
Exercice 1.2
1. Associez les caractéristiques de la colonne de gauche au métal correspondant de la colonne de

droite. La même réponse peut convenir à plusieurs énoncés.
Figure 1.13
a) Métal gris foncé, très ductile et malléable 1. Acier dur
b) Métal malléable résistant à la corrosion 2. Acier doux
c) Métal très commun, dont la teneur en carbone 3. Acier allié

varie entre 0,06 et 0,2 %
4. Acier inoxydable
d) Métal grandement utilisé dans la fabrication d’outils
e) Métal malléable additionné d’éléments d’alliage lui

conférant des propriétés particulières, sans en
diminuer la soudabilité
f) Métal dont la teneur en carbone varie entre 0,5 et 1,7 %
g) Type particulier d’alliage contenant jusqu’à 30 %

de chrome ou de nickel (ou les deux)
Caractéristiques Métaux
2. Parmi les caractéristiques et les propriétés suivantes, lesquelles ne conviennent pas à l’acier
doux ?
1. Grande dureté 4. Très utilisé
2. Bonne soudabilité 5. Teneur en carbone élevée
3. Malléabilité 6. Coûteux
p. 27
a) 1 et 3
b) 1, 2 et 5
c) 4 et 6
d) 1, 5 et 6
e) 1à6
3. Qu’arrive-t-il à un acier refroidi rapidement après un chauffage intense ?
a) Il durcit.
a) Il ramollit.
b) Cela n’a aucun effet.
4. Associez chaque effet de la colonne de gauche au procédé correspondant de la colonne de

droite. Un même procédé peut entraîner plusieurs effets.
Figure 1.14
Effets produits Procédés
a) Réduit les tensions internes causées par la trempe. 1. Trempe
b) Rend l’acier plus mou et plus facile à usiner . 2. Revenu
c) Rend la structure de l’acier plus homogène. 3. Recuit
d) Diminue la fragilité d’une pièce tout en conservant 4. Normalisation

sa dureté.
e) Accroît la dureté et la résistance d’une pièce grâce

à un refroidissement rapide.
f) Permet le détrempage d’une pièce.
Métaux non ferreux

Les métaux non ferreux sont multiples, mais certains sont nettement plus utilisés que
d’autres. En règle générale, les métaux non ferreux ne sont pas magnétiques (c’est-à-dire qu’ils ne
sont pas attirés par un aimant) et ils résistent à la corrosion.
Aluminium
L’aluminium pur est très malléable et relativement mou (ex. : le papier d’aluminium). Il est
généralement utilisé sous forme d’alliage avec d’autres métaux pour fabriquer divers objets (figure
1.15).
p. 28
Figure 1.15 Exemples d’objets en alliages d’aluminium
Un alliage d’aluminium-magnésium est encore plus léger que l’aluminium pur. Il peut être forgé
ou coulé, mais est plus rarement soumis à un traitement thermique. Lorsque l’aluminium est allié
à du cuivre, du magnésium, du manganèse, du silicium et du fer, il forme le duralumin, lequel est
répandu notamment dans l’industrie des transports. Cet alliage résiste bien à la corrosion et durcit
à la température ambiante, tout en demeurant d’une grande légèreté. Quant aux alliages
d’aluminium-zinc, ils sont très robustes et durcissent aussi par vieillissement. Enfin, les alliages
d’aluminium-silicium sont faciles à couper et malléables. On peut y ajouter du magnésium pour
augmenter leur résistance à la corrosion.
Magnésium
Le magnésium est un métal blanc argenté qui s’enflamme facilement. Les alliages de magnésium
sont surtout utilisés dans l’industrie des transports (pièces d’avions ou d’automobiles). Ils sont
particulièrement recherchés à cause de leur grande légèreté. Le magnésium peut servir de métal d’alliage
à l’acier ou à l’aluminium.
Cuivre
Le cuivre est un métal rougeâtre très ductile et malléable, en plus d’être un excellent conducteur
d’électricité. Il possède aussi une bonne résistance aux intempéries et de bonnes caractéristiques
mécaniques. Il ternit et se couvre de vert-de-gris. On l’utilise beaucoup dans la fabrication de fils
électriques ou en tuyauterie.
Le laiton, quant à lui, est un alliage de cuivre et de zinc. Chaque type de laiton présente des caractéristiques
particulières (figure 1.16). Quant au bronze, c’était originellement un alliage de cuivre-étain. Aujourd’hui,
ce terme désigne à peu près tous les alliages de cuivre qui ne sont pas du laiton. On les identifie en fonction
de l’élément d’alliage principal. Les principaux métaux d’alliage du bronze sont l’étain (équipements
marins, corps de pompes), l’aluminium (engrenages, outils, éléments de fixation), le nickel (tubes, paliers,
p. 29
corps de valves), le silicium (réservoirs, tuyauterie, engrenages) et le béryllium (ressorts, matrices,

Figure 1.16 Caractéristiques de deux types de laiton
− Rouge
− Pour fabrication de conduits
(ex. : radiateurs, bornes
Laiton rouge : d’accumulateurs, systèmes
Cuivre en grande quantité de climatisation)
(moins de zinc) − Facile à usiner
− Peu coûteux
Laiton (Cu-Zn)
− Jaune
Laiton jaune :
− Fabrication de couronnes mobiles
D’avantage de zinc que le laiton
ou de pompes centrifuges
rouge (peut atteindre plus de 50 %)
− Facile à mouler
− Possède un beau fini
filières).
Nickel
Le nickel est un métal blanc grisâtre que l’on trouve le plus souvent comme élément
d’alliage. Il est malléable et ductile. Dans un alliage, il augmente la ductilité, la dureté et la
résistance des métaux. Les alliages de nickel sont utilisés pour la production de pièces devant
supporter des températures élevées (ex. : résistances électriques, évaporateurs et échangeurs, etc.).
L’inconel est un alliage de nickel-chrome-fer, tandis que le monel est un alliage de nickel-cuivre ;
d’autres éléments d’alliage peuvent aussi être présents dans l’un ou l’autre.
Titane
Le titane est un métal blanc brillant que l’on trouve généralement allié à de faibles quantités
d’éléments comme l’oxygène, l’azote, le carbone ou l’acier (titane presque pur dont les éléments
d’alliage ne dépassent pas 1,5 %).
Les alliages alpha contiennent jusqu’à 7 % d’aluminium et moins de 3 % d’oxygène,

d’azote et de carbone ; les alliages alpha-bêta sont additionnés, outre l’aluminium, d’éléments
supplémentaires tels le chrome, le vanadium ou le molybdène.
Enfin, le titane est utilisé dans l’industrie aérospatiale, chimique ou dans la fabrication
d’équipement sportif.
p. 30
Exercice 1.3 Associez chaque définition de la colonne de gauche au métal correspondant de la

colonne de droite. Le même métal peut convenir à plusieurs énoncés.
a) Métal rouge-brun, ductile et malléable 1. Aluminium
b) Métal blanc argent pouvant s’enflammer 2. Cuivre
c) Alliage fait de cuivre et de zinc 3. Magnésium
d) Métal commun à tous les bronzes 4. Laiton
e) Métal léger , bon conducteur , résistant à la corrosion 5. Nickel

et plutôt économique
f) Métal très bon conducteur d’électricité se couvrant

de vert-de-gris sous l’effet de l’humidité
g) Métal blanc-gris utilisé comme élément d’alliage pour

augmenter la dureté et la résistance des métaux
Figure 1.17
Définitions Métaux
2 Parmi les propriétés suivantes, lesquelles ne caractérisent pas l’aluminium ?
1. Léger 4. Conductible
2. Rouille facilement. 5. Robuste
3. Difficile à usiner 6. Malléable
a) 3 et 6
b) 2, 3, 4 et 6
c) 2 et 3
d) 1, 2 et 4
e) 1, 5 et 6
f) 1 à 6
3 Associez chaque alliage au métal qui le compose principalement. Un même métal peut
convenir à plusieurs alliages.
Figure 1.18
Alliages Métaux
a) Inconel 1 . Aluminium
b) Duralumin 2 . Cuivre
c) Bronze 3 . Nickel
d) Monel
e) Laiton
p. 31
Résumé
L’acier est commercialisé sous différentes formes : tiges, tuyaux, rails de chemins de fer, pièces
en T, poutrelles, etc. Elles sont fabriquées dans des aciéries par laminage et en modifiant la forme
des lingots chauffés. Le procédé de base du travail de l’acier est le laminage à chaud. Le lingot
est tout d’abord chauffé au rouge dans un four, puis est compressé en passant entre plusieurs
paires de rouleaux métalliques qui lui confèrent la forme et la taille voulues. La distance entre les
paires de rouleaux diminue au fur et à mesure que l’acier s’allonge et que son épaisseur diminue.
Les deux premiers rouleaux constituent le laminoir dégrossisseur. Les grosses barres d’acier
carrées produites sont nommées « blooms ». L’acier passe ensuite sur des laminoirs de finissage,
qui le réduisent à une section correcte. Certains rouleaux de laminoirs sont rainurés lorsque
l’acier est destiné à être utilisé comme rails de chemins de fer ou comme poutrelles
Aciers. Ordinaires
Constituant plus de 90% des aciers, ils contiennent des quantités variables de carbone (1,8% au
maximum), de manganèse (de 0,3 à 0,5%), de silicium (de 0,1 à 0,6%), de soufre (0,05% au
maximum) et de phosphore (moins de 0,05%). Ils entrent dans la fabrication de machines,
d’automobiles, dans la construction de bâtiments, de coques de bateaux. Cependant, pour des
applications particulières, on leur préfère les aciers spéciaux.
ACIERS ALLIES OU SPECIAUX

1.Aciers.au.nickel
Les aciers au nickel contiennent de 2 à 40% de nickel. On emploie les aciers à faible teneur dans
les pièces de moteurs, car ils ont un bon pouvoir trempant et de bonnes caractéristiques
mécaniques. Lorsqu’il est en quantité suffisante, le nickel apporte à l’acier une excellente
résistance à la corrosion.
2. Aciers au chrome
Les aciers au chrome contiennent de 1 à 18% de chrome ; ce dernier augmente la résistance du
matériau à la rupture, mais le fragilise également. Lorsque la teneur en chrome est inférieure à
4%, ces alliages sont utilisés comme aciers à roulement et à outils.
3. Aciers au nickel-chrome
Parmi les aciers au nickel-chrome, on différencie les aciers perlitiques (6% de nickel et 2% de
chrome au maximum), employés en construction mécanique, des aciers austénitiques, contenant
davantage de chrome et de nickel, et correspondant aux aciers inoxydables et à certains aciers
réfractaires (résistants aux températures élevées). Les aciers inoxydables sont souvent brillants.
Par ailleurs, ils résistent à la corrosion, cela étant dû à la présence de chrome (plus de 10%).
p. 32
Certains présentent une grande dureté, même soumis à des températures extrêmes pendant de
longues périodes. En raison de leur surface satinée, les architectes les utilisent souvent à des fins
décoratives. Les aciers inoxydables sont employés dans la fabrication des tuyaux, des réservoirs
des raffineries de pétrole, des avions, des capsules spatiales, des ustensiles de cuisine (l’acier
inoxydable n’altère pas la nourriture et se nettoie facilement).
4. Autres aciers alliés
Les aciers au manganèse présentent une bonne résistance à l’usure : on les emplois dans la
fabrication de rails, par exemple. Les aciers au silicium entrent dans la composition de ressorts ;
ceux au tungstène servent d’aimants permanents.
Les constituants de l’acier sont alliés au fer. Ce sont le carbone (généralement entre 0,2 et 0,7%)
et le silicium (entre 0,1 et 0,7% ou jusqu’à 4% dans certains aciers spéciaux). On trouve
également le manganèse, entre 0,3 et 0,8%, ou entre 12 et 15% dans les aciers de grande dureté.
Le manganèse permet également au fer de conserver sa capacité au soudage, qu’il perd lorsqu’il
est allié à plus de 0,15% de carbone. Le soufre et le phosphore, ainsi que l’oxygène, sont des
impuretés néfastes, même à une teneur de 0,1%. Le soufre abaisse la malléabilité de l’alliage ; le
phosphore le fragilise. Dans de nombreux aciers spéciaux, on rencontre le nickel, le molybdène
et le vanadium.
DENSITE ET MASSE SPECIFIQUE:
La masse spécifique d'un corps est la masse de l'unité de volume de ce corps. L'unité de volume
choisie est décimètre cube (dm3). La masse spécifique s'exprime donc en kilogrammes par dm3
(nombre concret). La densité est le rapport de la masse d'un certain volume de ce corps à la masse
d'un égal volume d'eau.
On aura donc:
Densité= masse V d'un volume d'un corps / masse V du même volume d'eau.
La densité est un nombre abstrait (sans unité)
p. 33
A-DESIGNATION DES METAUX FERREUX

Les aciers et les fontes sont les alliages du fer et du carbone avec éventuellement des
éléments d’addition. Ils sont peu couteux (le fer, métal de base le moins cher, existe en grande
quantité sur la planète) et sont facilement recyclage.
Les aciers sont des matériaux contenant en masse plus de fer que toute autre élément et
dont la teneur en carbone est inférieur à 2% (ou 1,7%), limite courante les séparent des fontes. La
normalisation (NF EN 10020) retient trois familles principales d’aciers :
Acier non alliés (Aucun élément d’alliage ne dépasse 0,6%, sauf 1,65% pour Mn)
;
Aciers inoxydables (10,5% de chrome minimum et 1,2% de carbone maxi) ;
Autres aciers alliés.
De prix compétitif, mieux adaptées au moulage que les aciers, du fait d’une plus grande
fluidité à chaud et de température de fusion inférieurs (≈ 1200°C contre 1500 °C), les fontes sont
régulièrement utilisées.
A-1 DESIGNATION DES ACIERS

Il existe en principe, deux types de désignation des aciers : La
désignation numérique ; La désignation symbolique.
I-1 Désignation numérique

Elle est très utilisée dans le système international ISO et dans le système anglosaxon. On
peut classer les aciers de deux façons différentes :
Selon leur composition chimique ;
Selon leur emploi.
La Society of Automotive Engineers (S.A.E) et l’American Iron and Steel Institute

(A.I.S.I) ont mis sur pied des techniques de systèmes de désignation très semblables selon la
composition chimique des aciers.
Un autre système de classification est mis au point par l’American Iron and Steel
Institute (A.I.S.I) selon l’emploi des aciers.
I-1-1 Classification S.A.E, selon la composition chimique

Un nombre de 4 ou 5 chiffres permet de désigner la nuance d’acier. Son interprétation est
fonction du code de numéro d’identification employé lors de sa désignation.
Exemple : 5132
Le premier chiffre
Le deuxième chi
Les deux derniers chiffres.
Le Premier chiffre(5) est relatif à l’élément d’alliage prédominant selon les codes
numériques suivants :
p. 34
Code Type d’élément prédominant Type d’acier

1 Carbone Acier au carbone
2 Nickel Acier au nickel
3 Nickel-chrome Acier au nickel-chrome
4 Molybdène Acier au molybdène
5 Chrome Acier au chrome
6 Chrome-vanadium Acier au chrome-vanadium
7 Tungstène Acier au tungstène
8 Alliage triple Acier triplement allié
9 Silicium-manganèse Acier au silicium-manganèse
Le deuxième chiffre (1) est relatif à la teneur de l’élément principal autre que le carbone.
Les deux derniers chiffres (32) indiquent la teneur approximative en carbone exprimée
en centièmes de 1% (Dans ce cas : 0,32% de carbone).
Pour désigner des aciers à propriétés particulières (résistants à la corrosion ou à la chaleur), on fait
appel à un code de numéro d’identification de 5 chiffres.
Dans ce cas :
a) les deuxième et troisième chiffres désignent la nature alliée (Composition des
éléments d’addition).
b) Le premier et les deux derniers chiffres ont la même signification que ceux des
codes de numéro d’identification à quatre chiffres.
c) Quelquefois, ces numéros d’identification sont précédés par des préfixes suivants
X : la teneur en soufre et en manganèse est différente de celle de l’acier
standard ayant le même code numérique.
T : la teneur en manganèse diffère de celle de l’acier standard ayant le
même numéro d’identification.
I-1-2 Classification A.I.S.I, selon la composition chimique

Le numéro d’identification est le même que celui de la classification S.A.E. Les différences sont
les suivantes :
- une majuscule en préfixe qui désigne le procédé de fabrication de l’acier :
• B : Acier élaboré par le procédé Bessemer ;
• C : Acier standard obtenu par le procédé Martin ; D
: Acier acide obtenu par le procédé Martin ; E : Acier
obtenu au four électrique.
- Des minuscules de « a » à « i », placées en suffixes, indiquent des particularités de
l’acier.
p. 35
SYMBOLISATION DES PRINCIPAUX ACIERS DE CONSTRUCTION
Numéro
Type et sous-classe d’acier
d’identification
ACIERS AU CARBONE 1 XXX
Aciers au carbone courants 10 XX
Aciers de décolletage 11 XX
Aciers au Manganèse 13 XX
ACIERS A FORTE TENEUR DE MANGANESE 15 XX
ACIERS AU NICKEL 2 XXX
à 0,50% de nickel 20 XX
ACIERS AU NICKEL-CHROME 3 XXX
à 1,25% de nickel et 0,60% de chrome 31 XX
Aciers inoxydables et réfractaires au nickel -chrome 303 XX
ACIERS AU MOLYBDENE 4 XXX
Aciers au molybdène 40 XX
Aciers au molybdène-chrome 41 XX
Aciers au molybdène-chrome-nickel 43 XX
Aciers au molybdène et 1,75% de nickel 46 XX
Aciers au molybdène et 3,50% de chrome 48 XX
ACIERS AU CHROME 5 XXX
à 0,50% de carbone et 0,75% de chrome maximum 50 XX
à 0,50% de carbone et 1,20% de chrome maximum 51 XX
à environ 1% de carbone et 0,50% de chrome 50100
ACIERS AU CHROME-VANADIUM 6 XXX
à 1,00% de chrome 61 XX
ACIERS A 3 ELEMENTS D’ADDITION 8 XXX
9 XXX
ACIERS MANGANO-SILICEUX 92 XX
I-1-3 Classification selon l’emploi

Elle a été mise sur au point pour désigner les aciers à outils.
L’identification de ces aciers se fait par l’emploi d’une lettre, correspondant à leur
catégorie, suivie d’un nombre de un ou deux chiffres identifiant leur composition chimique.
p. 36
TABLEAU DE CLASSIFICATION SELON L’EMPLOI
Catégories d’aciers à outils Symbolisation
ACIERS POUR TRAVAIL A FROID

Aciers non alliés trempables à l’eau W (W1, W2, etc.)
Aciers faiblement alliés L (L1, L2, etc.)
Aciers alliés à haute teneur de carbone et de chrome D (D1, D2, etc.)
Aciers alliés trempables à l’air A (A1, A2 , etc. )
Aciers alliés trempables à l’huile O (O1, O2 , etc. )
Aciers résistants aux chocs S (S1, S2, etc.)
Aciers résistants à l’abrasion F (F1, F2, etc.)
ACIERS POUR TRAVAIL A CHAUD

Aciers au chrome H10 à H19
Aciers au tungstène H20 à H39
Aciers au molybdène H40 et H59
Aciers pour moules métalliques P (P1, P2, etc.)
ACIERS RAPIDES
Aciers au molybdène M (M1, M2 , etc. )
Aciers au tungstène T (T1, T2, etc.)
I-2 Désignation symbolique

I-2-1 Aciers non alliés (« Aciers au carbone »)
I-2-1-1 Aciers non alliés d’usage général (S, E, etc.)
Caractérisés par une faible teneur en carbone, ce sont les plus utilisés. Ils existent dans des
qualités diverses (JR, JO, J2, K2…) et des variantes réservées à des usages particulières
(moulage, soudage…). Propriétés spécifiques, formabilités, grosseur de grain…
La plupart sont disponibles sous forme de laminés marchandes ( profiles, poutrelles, barres,
tôles…) aux dimensions normalisées. Certains sont proposés en semi-fini : prélaqués,
galvanisés, nervurés, ondulés, etc. Normes : NF EN 10027 ; A02-005-5 , etc.
p. 37
Applications (construction soudée, formage à froid ou à chaud, emboutissage, étirage, laminage,

pliage…) : carrosseries, fers et profilés pour le bâtiment, construction navale, plate-forme
pétrolière, trains, chaudronnerie, ameublement, électroménager, biens de consommation…
a) Désignation normalisée
Lettre(S, E, etc.) suivie de la limite élastique à la traction Re en MPa ou N/mm2.
Exemple d’un acier usuel : GS 355 NL

Acier moulé (si nécessaires )
Indication complémentaire
S : Aciers de construction F : Forgeage
E : Aciers de construction mécanique N : Normalisé
P : Aciers pour appareils à pression M : Laminage
B : Aciers à béton Q : Trempe et revenu
H : Produits plats pour formage L : Basse température
Etc. Limite élastique Re en MPa ou N/mm²
b) Principales nuances normalisées
Aciers non alliés
d’usage général de construction mécanique

Nuances Rr Re A% K Nuances Rr Re A% K
normalisées (N/mm²) (N/mm²) (maxi) (daj/c normalisées (N/mm²) (N/mm²) (maxi) ( daj/cm² )
m²)
S 185 (A 33) 290 185 8 à 18 6 E 295 (A 50) 470 295 10 à 20 5
S 235 (E 24) 340 235 15 à 26 6 E 335 (A 60) 570 335 6 à 16 5
S 275 (E 28) 410 275 12 à 22 6 E360 (A 70) 670 360 3 à 11 5
S 355 (E 36) 490 355 12 à 22 5 de traitement thermique s-forgeage
pour cémentation C 25 (XC 25) 460 à 690 285 à 370 18 à 21
C 22 (XC 18) 410 à 255 à 8à15 C 35 (XC38) 570 à 830 335 à 490 16 à 20
980 600 C 40 (XC 42) 620 à 880 355 à 520 14 à 19
pour trempe superficiel C 45 (XC 48)
660 à 930 375 à 580 13 à 18
C 40 (XC C 50 (XC 50)
Dureté de la couche trempée : 55 HRC 700 à 980 395 à 600 12 à 17
42 TS)
N.B : (Entre parenthèses : ancienne désignation)

I-2-1-2 Aciers spéciaux, non alliés, type C
Destinés aux traitements thermiques (trempe, cémentation) des pièces petites ou moyennes, ils
sont caractérisés par un ajustement précis de leur composition et une plus grande pureté.
a) Désignation normalisée
p. 38
Lettre C suivie du pourcentage de carbone multipliée par 100 plus au besoin des
Indications complémentaires.
Exemple d’un acier spécial:

G C 35 E
Acier moulé (Si nécessaires )
-Indication complémentaire
-C : Pour formage
C : Aciers Spéciaux non alliés -E :Teneur maxi en souffre
-N : Normalisé
% en carbone multipliée par 100 - S :pour ressort
- F: Forgeage
- Etc
Acier moulé spécial non allié pour traitement thermique, ayant 0,35% de carbone
b) Principales nuances normalisées
Elles sont indiquées dans le tableau précédent des aciers non alliés. Les caractéristiques
mécaniques varient selon les traitements et suivant les dimensions. Les valeurs indiquées sont des
minimums et des maximums.
Aciers à faible teneur en carbone (<0,3%) : ils sont réservés à la cémentation et aux
traitements des surfaces (catégorie des aciers « doux »).
Aciers à teneur moyenne en carbone (0,3 à 0,5%) : ils sont utilisés pour les trempes et
les revenus, dans le cas d’application exigent une plus grande résistance et une certaine tenue à
l’usure (catégorie des aciers « mi-dur »).
Applications : pièces moulées et forgées, arbres, axes, engrenages, visserie…
Aciers à haute teneur en carbone (>0,5%) : ils sont employés pour des applications
exigeant : grandes dureté, hautes résistances, tenue à l’usure. Ils ont tendance au gauchement et
aux déformations après trempe. Ils perdent leurs propriétés aux hautes températures. Ne durcissant
pas en profondeur, ils sont surtout utilisés pour des pièces « petites » en volume, ou minces.
Applications : pièces forgées, ressorts, lames, rasoirs, forets, matrices…
I-2-2 Aciers faiblement alliés, pour haute résistance

Pour ces aciers, aucun élément d’addition ne dépasse 5% en masse. Ils sont choisis chaque
fois qu’une haute résistance est exigée. Ils peuvent être utilisés en état ou avec traitement.
p. 39
G35 Ni Cr Mo 16 ..
Acier moulé (si nécessaires)
Teneur en % des
% en carbone multipliée par 100 éléments d’addition
(même ordre)
Principaux éléments d’addition

(dans l’ordre)
Indications Complémentaires
1) Désignation normalisée
Pourcentage de carbone multiplié par 100, suivi des symboles chimiques des principaux
éléments d’addition classés en ordre décroissant. Puis, dans le même ordre, les pourcentages de
ces éléments multipliés par 4, 10, 100 ou 1000, plus au besoin des indications complémentaires.
Exemple d’un acier faiblement allié:
Acier faiblement allié moulé, ayant 0,35% de carbone ; 4% de nickel et des traces (<1%)
de chrome et de molybdène.
COEFFICIENT
MULTIPLICATEUR
X4 X10 X100 X1000
Cr, Co, Mn, Al, Be, Cu, Mo, Nb,

Ce, N, P, S. B
Ni, Si, W Pb, Ta, Ti, V, Zr
1) Aciers de cémentation (%C < 0,2%)

En plus de la cémentation, ils peuvent recevoir une trempe dans la masse : trempabilité
fonction de la composition (Traitement de surface).
Ils sont classés par résistances « sous-couche » croissantes : 10 NiCr6, (20NiCrMo2-
13NiCr14), (20NiCrMo7-20NiCrMo2), (16NiCrMo13-25MnCr5). 10 NiCr 6 est un acier doux
comparable à la nuance C22 mais en plus résilient.
2) Aciers pour trempe dans la masse
Ils permettent la trempe en profondeur des pièces massives, et sont beaucoup plus
performants que les aciers C.
p. 40
3) Principales nuances normalisées
Nuances Caractéristiques mécaniques

Exemple
d’utilisation
Ancienne Rr Re K propriété
Désignation A%
désignation (dan/mm²) (daN/mm²) (daJ/cm²)
38 Cr 2 38 C 2 60 - 95 35 - 55 14 - 5 + P- 2
46 Cr 2 42 C 2 65 - 110 40 - 65 17 4 M 2
+
41 Cr 4 42 C 4 80 -120 56 - 80 12 - 4 P- 1 2 3 10
++
15 M
100 Cr 6 100 C 6 85 - 125 55 - 85 4 ++ 4 5 HRc ≥ 62
11 - P-
14 M
10 - P-
13 M
10 Ni Cr 6 10 NC 6 60 - 115 42 - 62 10 - 8 - 10 ● + P 1 2
12
20 Ni Cr 6 20 NC 6 70 - 110 70 - 95 6- 8 ● ● ++ P 3 8
8 - 10
13 Ni Cr 14 13 NC 80 – 145 65 – 90 7- 8 M
8 - 10 +
30 Ni Cr 11 14 30
70 - 110 45 - 70 7 M
NC 11 12 -
16 ++
20 Ni Cr Mo 7 20 NCD 6 80 - 150 70 - 90 8- 5-6 ● +++ G 1 2 8 9
20 Ni Cr Mo 2 20 NCD 2 75 - 155 60 - 95 10 5-7 ● ++ M 1 2
16 Ni Cr Mo 16 NCD 13 85 - 155 60 - 95 8- 5- ● ++ M 1 4
11
13 34 Ni Cr 35 NCD 6 85 - 140 60 - 100 76 +++ G 1 2 8
8-
100 - 145 80 - 105 11 ++++ G Trempable à l’air 1 2 31
Mo 6 35 NCD 16 5
90 - 145 70 - 105 8 - ++++ G 2 3
36 Ni Cr Mo 30 NCD 8 13
6
16
9 -
30 Ni Cr Mo 8 11
10 -
12
31 Cr Mo 12 30 CD 12 90 - 130 70 - 90 10 - 5-6 +++ G Pour nitruration
25 Cr Mo 4 25 CD 4 75 - 110 45 - 75 12 7 ++ M Soudabilité 2 3
34 Cr Mo 4 35 CD 4 70 - 120 50 - 85 12 - 6 G
++ 1 2 3 10
16
42 Cr Mo 4 42 CD 4 75 - 130 55 - 90 5 +++ G
11 - 1 2 3 10
50 Cr Mo 4 50 CD 4 80 - 130 60 - 90 4,5 G
15 +++ 1 2 3
10 -
14
9 - 13
51 Cr V 4 50 CV 4 70 - 130 50 - 90 8 - 14 4 +++ G 5 1
41 Cr Al Mo 7 41 CAD 6- 80 - 120 60 - 80 10 - 5 ++ M Pour nitruration 6 7
12 14
28 Mn 6 20 M 5 50 - 75 35 - 45 ● + P
p. 41
20 Mn Cr 5 20 MC 5 90 - 150 75 - 95 19 - 84 + M Soudabilité 2 7
21 -5 1 2 7 8
8-9
55 Si 7 55 S 7 70 -170 50 - 90 9 - 13 4 ++ P 5 7
45 Si Cr Mo 6 45 SCD 85 - 180 60 - 95 9 - 13 5 +++ P- 57
6 M
13 Mn S 4 13 MF 4 78 - 118 54 9 4 Pour
35 Mn S 6 35 MF 6 88 - 108 74 9 3,5 décolletage
++++ : très forte 1 : engrenage 8 : pièces de sécurité, résistance aux chocs
+++ : forte 2 : arbres, axes, tiges, leviers, 9 : basses températures
fusées
++ : moyenne 3 : boulonnerie haute résistance 10 : pour trempe superficielle
+ : limitée 4 : roulements
P : petite (Ø ≈ 50) 5 : ressorts
M : moyenne (Ø ≈ 100) 6 : pièces de frottement
G : grosse (Ø ≈ 7 : pièces d’usures
200)
I-2-3 Aciers fortement alliés

Ils sont destinés à des usages particuliers (inoxydable…). Pour ces aciers au moins un
élément d’addition dépasse la teneur de 5% en masse.
1) Désignation normalisée
Lettre X, symbolisant la famille, suivie des mêmes indications que pour les aciers
faiblement alliés. Seule différence : pas de coefficient multiplicateur pour le pourcentage des
éléments d’addition (ni10, ni4, …).
Exemple d’un acier fortement allié:
G X 6 Cr Ni Ti 18-11
Acier moulé
(si nécessaires)
Lettre symbolisant
la catégorie Teneur en % des
éléments d’addition
(même ordre)
% en carbone multipliée par 100
Principaux éléments d’addition

(dans l’ordre)
Acier f ortement allié moulé, ayant 0, 06% de carbone ; 18% de chrome ; 11% de
nickel et des traces (<1%) de titane.
p. 42
2) Aciers inoxydables
Famille très importante, caractérisée par une grande résistance à la corrosion, à l’oxydation à
chaud, au fluage et subdivisée suivant la teneur en nickel (2,55%).
a) Aciers inoxydables austénitiques
Ces aciers, les plus utilisés, ont un pourcentage de nickel élevé (≥7%). Leurs
caractéristiques sont : tenue aux températures élevées et à l’écaillage ; ductilité (A% très élevé) ;
résilience ; faciles à forger et à souder ; usinabilité médiocre. Ils peuvent être durcis par corroyage
(écrouissage) mais pas par trempe.
b) Aciers inoxydables ferritiques
Ils sont toujours ductiles, ne durcissent ni par trempe ni par écrouissage ; ils sont faciles à
étirer, former, plier, forger, rouler (Ni<1%). Leurs caractéristiques sont : usinabilité médiocre ;
soudage sous certaines conditions ; peu résilients et faible résistance à la rupture (Rr) sous
températures élevées.
c) Aciers inoxydables martensitiques
Résistent aux chocs, durcissent par trempe, sont soudable à chaud, faciles à forger, ont une
bonne usinabilité, et de bonnes caractéristiques mécaniques à température élevée (Ni<7%).
3) Principales nuances normalisées

Principaux aciers inoxydables
Nuances normalisées Re Rr K
NF EN 10088 A%
(dan/mm²) (daN/mm²) (daJ/cm²)
austénitiques
X 2 Cr Ni 19-11
18 à 21,5 46 à 68
(Z 3 CN 19-11)
35 à 45
X 5 Cr Ni 18-10
19 à 25 52 à 70
(Z 7 CN 18-09)
X 5 Cr Ni Mo 17-12
20 à 26 50 à 70 60 à 100KV
(Z 7 CND 17-11)
X 8 CR Ni Ti 18-10) (Z 6
19 à 25 50 à 72 30 à 40
CNT 18-10)
X 6 Cr Ni Mo Ti 17-12
20 à 27 50 à 73
(Z 6 CNDT 17-12)
martensitiques
X 30 Cr 13 ( Z 30 C 13)
60 à 65 80 à 100 10 à 15 25
ferritiques
X 6 Cr 17 ( Z 8 C 17)
24 à 28 40 à 64 18 à 20
N.B : (Entre parenthèses : ancienne désignation)
A-2 DESIGNATION DES FONTES

Leur grande coulabilité permet d’obtenir des pièces de fonderie aux formes complexes. A
cause du pourcentage élevé de carbone qu’elles contiennent, entre 2 et 4 %, elles sont en général
assez fragiles, peu ductiles (inadaptées aux déformations à froid : forgeage, laminage.. .) et
difficilement soudables.
1) Fontes à graphite lamellaire EN – GJL (ex « FGL »)

p. 43
Les plus économiques, les plus utilisées, ce sont les fontes de moulage par excellence. Le
carbone se présente sous forme de fines lamelles de graphite qui lui donne une couleur « grise ».
Propriétés : bonne coulabilité ; bonne usinabilité ; grande résistance en compression et

grandes capacités d’amortissement des vibrations ; Norme NF EN 1561.
Applications : bâtis de machine, supports, carters, blocs moteurs etc.

2) Fontes à graphite sphéroïdal EN – GJL (ex « FGS»)
Ce sont les plus utilisées après les fontes à graphite lamellaire, obtenues par addition de
petites quantités de magnésium juste avant moulage ; le graphite s’agglomère pendant le traitement
sous forme de nodules ou sphères. Norme NF EN 1563. Propriétés : ductilité, résilience et
usinabilité.
Applications : vilebrequins, arbres de transmission, pièces de voirie, tuyauteries, etc.
3) Fontes malléables EN – GJMW et GJMB (ex « FMB et FMN»)
Elles sont obtenues par malléabilisation de la fonte blanche (sorte de recuit) et ont des
propriétés mécaniques voisines de celles de l’acier. Elles peuvent être moulées en faibles
épaisseurs et sont facilement usinables.
Applications : carters, boitiers… Norme NF EN 1562.
4) Autres familles
Fontes blanches (FB) : à base de perlite et de cémentite (carbures Fe3C), elles sont très
dures, fragiles, résistantes aux frottements, à l’abrasion et aux températures élevées. Difficiles à
usiner, les applications sont limitées.
Fontes alliées : elles peuvent être à graphite lamellaire, sphéroïdal ou blanche (EN – GJN)
et sont destinées à des usages particuliers. Principaux éléments d’addition : nickel, cuivre, chrome,
molybdène et vanadium.
Ces éléments contrôlent plus ou moins la formation du graphite et développement des
propriétés particulières.
p. 44
5) Schéma d’obtention des différentes fontes
Fontes «« 1re fusion » Alliage : fer + carbone + silicium
Fontes alliées
Fontes non alliées
Fontes blanche Carbone sous forme de carbures Fontes à graphite Carbone sous forme
EN-GJN (ou FB) (Cementite Fe3C) de graphite cristallise
Traitement thermique à l’état Traitement du métal à

solide L’état liquide
Fontes a graphite sphéroïdal Fontes a graphite lamellaire EN – GJL

Fontes malléables
EN – GJS≪ fontes ductiles ou FGS ≫ ≪ Grises ou FGL ≫NF EN 1561
EN – GJMW
EN – GJMB /NF EN 1562 NF EN 1563
Famille des fontes à graphite nodulaire
6) Désignation normalisée (NF EN 1560)
Exemple d’une fonte à graphite sphéroïdal
EN – GJL 400 - 18
Préfixe
Symbole des fontes Allongement A%
L : lamellaire
Rr : resistance a la
S : sphéroïdal rupture par traction
MW : malléable a cœur blanc (en N/mm2 ou MPa)
MB : malléable a cœur noir
V : Vermiculaire
N : sans graphite
Y : structure spéciale
7) Principales nuances normalisées et teneur en %
Fontes alliées
Types Eléments matrice HB A% Propriétés
d’addition caractéristiques
p. 45
Ni – Mo bainite 250 1 -2 résistance

( Cr ) 350 mécanique
Ni – Cr martensite 350 <1 résistance à
( Mo ) 500 l’usure capacité
d’amortissement
GJL Ni – Si 120 résilience
Ou ou Ni – 250 12 - résistance aux hautes
GJS austénite
Si (Cr) 25 et basses
températures
Si ferrite 180 1- résistance à
ou 340 10 l’oxydation et
Si - déformations à T°C
Mo
Ni – Cr Ou Cr carbures 450 résistance à l’abrasion
-
GJN (11 à 28%) martensite austénite 800 et à l’oxydation
(« FB Cr (28 ferrite 200 - résistance aux
») à 34% ) 500 températures élevées
et à la corrosion
Principales fontes
Désignation Re Rr E HB
normalisées (dan/mm (daN/ (GPa dur A%
²) mm²) ) eté
fonte s à graphite lamellaire
10 15 80 160 0,
EN – GJL 150 8
13 20 100 190
à
EN – GJL 200 17 25 110 210 0,3
EN – GJL 250 20 30 120 230
EN – GJL 300 23 35 130 260
EN – GJL 350 26 40 140 290
EN – GJL 400
fonte s à graphite sphéroïdal
25 40 165 170 15
EN – GJS 400 - 15
EN – GJS 500 - 7 32 50 210 7
EN – GJS 600 - 3 37 60 168 230 3

EN – GJS 700 - 2 42 70 260 2
EN – GJS 800 - 2 48 80 300 2

EN – GJS 900 - 2 60 90 170 330 2
Cœur blanc fontes malléables
EN – GJMW 360 - 12 19 38 200 12
EN – GJMW 400 - 10 22 40 220 5
EN – GJMW 450 - 7 26 45 220 7
Cœur noir
p. 46
EN – GJMB 350 – 10 20 35 150 10
EN – GJMB 380 – 18 25 38 150 18

EN – GJMB 450 – 6 27 45 170 180 6
EN – GJMB 550 – 4 34 55 210 4
EN – GJMB 650 - 2 43 65 240 2
Principales fontes : teneur en %

fontes à graphites fontes à graphites fontes malléables Fontes
éléments lamellaire sphéroïdal blanches
Fontes à cœur Fontes à cœur blanc
(teneur en (EN – GJL) (EN – GJS) (EN – GJN)
%) noir (EN – (EN – GJMW)
GJMB)
carbone 2,5 – 4,0 3,0 – 4,0 2 – 2,8 2,7 – 3,2 1,8 – 3,6
silicium 1,0 – 4,0 1,8 – 2,8 0,9 – 1,7 0,6 – 0,9 0,3 – 2,6
manganèse 0,25 – 1,0 0,1 – 1,0 0,25 – 0,65 0,2 – 0,45 0,2 – 1,5
soufre 0,02 – 0,01 < 0,03 0,06 – 0,25 0,08 – 0,2 0,06 – 0,2
Phosphore 0,04 – 1,0 < 0,1 0,08 – 0,25 0,05 – 0,2 0,06 – 0,18
Structure - ferrite - ferrite ferrite ferrite

- perlite + ferrite - perlite + ferrite
dominante - perlite -
- perlite - Perlite + bainite
de la - perlite + -perlite + ferrite Perlite pour la structure perlitique MP cémentite
matrice carbures + martensite
B- DESIGNATION DES METAUX NON FERREUX

Les principales familles, avec leurs alliages sont : l’aluminium, le cuivre, le magnésium, le
zinc, le titane et le nickel. La plupart de ces matériaux sont commercialisés sous plusieurs formes
ou dans des états métallurgiques différents (brut, recuit, écroui, durci), l’utilisateur choisissant
l’état de livraison qui lui convient.
B-1 ETATS METALLURGIQUES

Les états métallurgiques, « ou de livraison », sont normalisées pour certains alliages. Leur
désignation est effectuée par une lettre (F, O, H, W ou T) suivi par plusieurs chiffres.
Le premier chiffre indique un cycle de traitements thermiques ou mécaniques

(Écrouissage…), les chiffres suivants précisent les variantes possibles du cycle. Les
remarques sont les mêmes dans le cas des pièces moulées. Normes : NF EN 515 ; NF
EN 1173 ; NF A 57-702 …
Etats métallurgiques de base Subdivisions de l’état T
F = Etat brut de Aluminium et alliages
fabrication O = Etat T3 = mise en solution + écroui + mûri
recuit
H = Etat écroui T4 = mise en solution + mûri
T = Traitement thermiques autre que F, O ou H T5 = refroidi (après transf. à chaud) + revenu
W = Pour Al, mis en solution (trempé) T6 = mise en solution + revenu
p. 47
Etats de livraison des produits non ferreux T8 = mise en solution + écroui + revenu
moulés T10 = refroidi (après transf. à chaud) + revenu + écroui
Symbole Procédé d’obtention
Y0 Non défini Cuivre et alliages NF EN 1173
Y2 Moulage au sable A : allongement (fil, EN…-Cu-Of-A007)
Y3 Moulage en coquille B : limite de flexion (bande EN 1654-CuSn8-B410)
Y4 Moulage sous pression D : brut d’étirage sans spécification (tube EN…-Cu-ETP-
D)
Y5 Par frittage G : grosseur du grain (bande EN 1652-CuZn37-G020)
Y7 En coulée continue H : dureté brinell ou Vickers (tôle EN 1652-CuZn37-H150)
Y8 Par centrifugation M : brut sans spécification (barre creuse EN 12168-
CuZn36Pb3-M)
Y9 Suivant prescriptions R : résistance à la traction (barre EN 12164-
Symbole Traitement CuBe2R1200) Y : limite élastique à 0,2% (bande
EN 1654-CuZn30-Y460)
0 Aucun traitement Subdivisi ons de l’état H
1 Recuit état écroui seul écroui recuit écroui stabilisé
2 Trempé niveau (H1) (H2) ( H 3)
3 Trempé + revenu de dureté
4 Trempé + mûri
1/4 dur H12 H22 H33
5 Stabilisé 1/2 dur H14 H24 H34
6 Trempé et stabilisé 3/4 dur H16 H26 H36
9 Suivant prescriptions 4/4 dur H18 H28 H38
Exemple : EN AC [Al Si 7 Mg] Y33 (A-S7G moulé en coquille, trempé et revenu)
B-2 ALUMINIUM ET ALLIAGES

Fabriqués industriellement depuis 1886 à partir des bauxites et de la cryolithe, ces métaux
sont les plus utilisés juste après les fontes et les aciers.
Normes NF EN 485, 515, 573…

1) Principales caractéristiques
Bas point de fusion (658°C) ; ductilité élevée (A% ≈ 40%) ; assez léger (densité 2,7) ; bonne
conductivité électrique ; bonne conductibilité thermique (5 fois celle des aciers) ; coefficient
de dilatation thermique 1,5 fois celui des aciers, propriétés réfléchissantes.
Bon rapport résistance/poids, ce qui explique les nombreuses applications dans le domaine
des transports, comme l’aéronautique, par exemple.
Résistance à la corrosion élevée. Le métal se couvre, au contact de l’air, d’une couche d’oxyde
protectrice, les éléments d’addition diminuent plus ou moins cette résistance.
Résistance mécanique : elle peut être modifiée par écrouissage ou par recuit (adoucissement).
Inconvénients : faibles résistances à l’usure et à la fatigue.
2) Mise en œuvre
Elle est assez facile par un grand nombre de procédés : laminage, moulage, forgeage,
formage, étirage, extrusion, métallurgie des produits.
p. 48
Le coefficient de dilatation important et la grande conductivité thermique imposent, à cause

des dilatations, certaines précautions en soudage et en usinage.
L’élasticité, assez élevée, peut être une gêne dans certains cas d’usinage. La
soudabilité dépend de la trempe et du revenu pratiqués sur l’alliage.
3) Traitements thermiques
Ils sont tout à fait différents de ceux des aciers. Après trempe, le durcissement est obtenu
par vieillissement naturel, ou maturation, à température ambiante ou par revenu à température
élevée.
Les alliages avec le cuivre, le silicium, le zinc et ceux avec le magnésium plus le silicium
sont trempant ; ils sont dits avec durcissement structural.
L’aluminium pur, les alliages avec le manganèse et le magnésium ne sont pas trempant ;
ils sont dits sans durcissement structural.
4) Aluminium et alliages corroyés
Cette famille, la plus utilisée, comprend tous les produits laminés d’usage courant (barres,
profilés, tôles…)
4-1) Désignation (NF EN 573)

Elle est effectuée par un nombre à quatre chiffres, avec EN AW- comme préfixe ( A pour
aluminium, W pour corroyé), éventuellement suivi par le symbole chimique de l’alliage placé
entre crochets.
Exemple de l’aluminium
EN AW – 1050A [Al99, 5]
Préfixe
Chiffre identifiant la famille de l’alliage

1 : aluminium pur (teneur ≥ 99, 00%)
2 : Al + cuivre 3 : Al + manganèse
4 : Al + silicium 5 : Al + magnésium
6 : Al + magnésium + silicium
7: Al + zinc 8 : Al + autres éléments
Symbole chimique éventuel

1 : aluminium pur (teneur ≥ 99, 00%) entre crochets
2 : Al + cuivre 3 : Al + manganèse
4 : Al + silicium 5 : Al + magnésium
6 : Al + magnésium + silicium Lettre éventuelle
7 : Al + zinc 8 : Al + autres éléments
p. 49
- aluminium pur : indice de pureté (0 à 9) -- teneur en

aluminium aunuméro d’identification (cas des
alliages) -delà de 99, 00%
- alliages : nombre de modification apportées à
l’alliage d’origine (0 à 9) ; 0 = alliage d’origine
Aluminium pur à 99, 5%
4-2) Principales nuances normalisées (Voir tableau de la page 20).

5) Aluminium et alliages pour la fonderie
La plupart des nuances sont faciles à mouler (moule métallique permanent ou moulage
sable) en moyenne ou en grande série et en pièce unitaire.
Inconvénient : grand retrait au moulage (3,5 à 8,5 en volume) qui peut être minimisé par
un bon tracé de la pièce.
5-1) Désignation (NF EN 1780)
Préfixe EN ; espace ; lettre A pour aluminium ; lettre B ou C (pièce moulée) ou M ; tiret

; 5 chiffres donnant la composition et/ou les symboles chimiques de l’alliage ordonnés par
teneurs décroissantes. Exemple de désignation des produits de fonderie (Voir page 21).
p. 50
p. 51
Exemple d’un alliage d’aluminium
EN AC–45400 [Al Si5 Cu3]
21XXX : Al Cu
41XXX : Al Si Mg Ti
42XXX :AL Si7 Mg
Préfixe 43XXX : Al Si10 Mg
44XXX : Al Si Symbole chimique de l’alliage qui
45XXX : Al Si5 Cu remplace ou se place en même
Aluminium 46XXX : Al Si9 Cu temps que 45400
47XXX : Al Si (Cu )
B : lingot 48XXX : Al SI Cu Ni Mg
C : pièce moulée 51XXX : Al Mg
M : alliage mère 71XXX : Al Zn Mg
EN AC-Al Si5 Cu3 pour un alliage avec 5% de silicium et 3% de cuivre
5-2) Principales nuances normalisées
p. 52
B-3 CUIVRE ET ALLIAGES

Il existe plus de 200 alliages de cuivre. Les principales familles sont : les laitons
(CU + Zn), les bronzes (Cu + Sn), les cupronickels (Cu + Ni), les cupro-aluminiums (Cu
+ Al) et les maillechorts (Cu + Ni + Zn ).
Cuivre + étain = bronze

Cuivre + zinc = laiton
Cuivre + aluminium = cupro-aluminium
Cuivre + nickel = cupronickel
Cuivre + nickel + zinc = maillechort
Désignation : symbole chimique du cuivre (Cu) suivi des symboles chimiques et
teneurs des principaux éléments d’addition, par ordre décroissant.
Exemple d’un alliage de cuivre
Cu Zn 27 Ni 18
Symbole chimique
du métal de base
Principaux éléments d’addition Teneur en % des éléments

(dans l’ordre) d’addition (dans le même ordre)
Cu Zn 27 Ni 18 (maillechort avec 27% de zinc et 18% de nickel)
1) Principales caractéristiques du cuivre
Plus lourd que l’acier, de densité 8 ,9 ; fond à 1083°C ; grande résistance à la corrosion ;
plasticité ou ductilité élevée (A% jusqu’à 50%) ; grande conductivité électrique qui le rend
indispensable dans les industries électriques et électroniques ; grande conductibilité thermique
(atout pour la transmission de la chaleur) ; couleur rouge plus ou moins foncée devenant « jaune »
avec addition de zinc.
Les cuivres et les alliages ne peuvent pas être traités thermiquement, sauf ceux au
béryllium.
Cependant, la résistance (Rr) peut être augmentée par écrouissage à froid et la ductilité
restaurée par un revenu. La trempe augmente la plasticité (cas inverse des aciers).
2) Cuivres purs
Le cuivre utilisé pur (usages électriques, thermiques, chaudronnerie…) est soit un cuivre
affiné (endurant, plus fragile, plus cassant), soit un cuivre désoxydé ou débarrassé de toute trace
d’oxygène (moins fragile et très haute conductivité).
p. 53
Caractéristiques du cuivre pur

type Taux Rr Re A% HB
d’écrouissage (daN/mm²) (daN/mm²)
(%)
recuit 0 23 7 45 50
1/4 dur 10 27 21 25 70
1/2 dur 25 30 25 14 87
4/4 dur 50 35 32 6
Désignations des cuivres purs, non alliés
Symbole Cu + tiret de séparation + lettres d’indications
Cu-ETP = affiné électrolytique, non désoxydé, à conductivité garantie
Cu-FRHC = affiné thermiquement, non désoxydé, à conductivité garantie
Cu-FRTP = affiné thermiquement, à conductivité garantie
Cu-DHP = affiné thermiquement ou électrolytiquement, à fort phosphore
résiduel
Cu-DLP = affiné thermiquement ou électrolytiquement, à faible phosphore
résiduel
Cu-OF = désoxydé
Cu-OFE = Désoxydé, à haute pureté
3 Laitons
C’est la famille la plus utilisée. L’addition de zinc (jusqu’à 42%) diminue le prix de
Une addition supplémentaire de plomb, de 2 à 3%, augmente considérablement l’usinabilité. Les
laitons ainsi obtenus (laiton de décollage) servent de référence pour évaluer l’usinabilité des autres
matériaux.
Caractéristiques mécaniques des laitons en fonction du pourcentage de zinc
p. 54
bronzes se travaillent moins bien

que les laitons (usinage,
emboutissage…) mais donnent des
4 Bronzes moulages plus sains.
Caractéristiques mécaniques du bronze
- l’étain (addition de 4 à 22%) a un rôle
comparable au zinc mais avec une action
plus forte ; il est plus couteux.
- Une addition de phosphore ( P<1% )

améliore les caractéristiques mécaniques,
les propriétés antifriction, l’aptitude au
moulage et a un rôle désoxydant. Les
bronzes phosphoreux constituent le groupe
le plus important.
- L’addition de plomb (Pb) améliore

l’usinabilité et l’addition de zinc diminue le
prix de revient (bronze chrysocales).
Propriétés : résistance à la corrosion ;

qualités frottantes ; aptitude au moulage. Les
5) Cupro-aluminiums ou « bronzes d’aluminium »
Surtout utilisés en fonderie, l’addition d’aluminium (entre 10 et 11%) donnent des
alliages ayant de bonnes caractéristiques mécaniques et une bonne résistance à la
corrosion ; ils sont souvent avec une addition de fer.
6) Cupronickels
De couleur « argent » à partir de 20% de nickel, très malléables, l’addition de nickel
améliore les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion et la résistivité électrique.
Utilisations : pièces de monnaie (≈25% Ni), tubes de condenseurs (30 %Ni),
résistances électriques (constantan : 45%Ni ).
7) Maillechorts
Moins coûteux que les cupronickels, on peut considérer comme des laitons avec
addition de nickel. Meilleurs résistances à la corrosion et mécaniques que les laitons.
Utilisations : articles ménagers, pièces d’orfèvrerie et de décoration, appareillages
électriques…
B-4 MAGNESIUM ET ALLIAGES

Le magnésium est rarement utilisé à l’état pur. L’addition d’aluminium améliore la
résistance (Rr) et la fluidité à chaud ; le zinc favorise la plasticité et l’aptitude au moulage ;
le thorium (Th) augmente les propriétés à température élevées et le zirconium (Zr), la
plasticité et la résistance à l’oxydation.
p. 55
Base, augmenter R et A% , ce qui favorise l’emboutissage (A%= 60% avec 31 % de Zn),

et diminue la température de fusion, ce qui facilite le moulage.
p. 56
Désignation (NF EN 1754)
Elle est analogue aux aluminiums (M à la place de A) Principales
caractéristiques :
Assez « léger » (densité 1,8) ; rapport résistance/poids élevé et grande capacité

d’amortissement (réduit les bruts et les vibrations).
Les alliages résistent à la corrosion atmosphérique (craignent l’humidité), peu aux acides, bien
aux bases, alcalins et solvants et ne résistent pas en eau de mer. Ils sont facilement usinables (attention
à l’inflammation des copeaux), moulables, forgeables, soudables (TIG, résistance) et rivetables.
Veiller à la corrosion galvanique des assemblages multi métaux.
Utilisations : pièces diverses pour l’aviation, l’automobile, outillage électroportatif,

équipement de bureau, audiovisuel, petit électroménager.
B-5 ZINC ET ALLIAGES

Principales nuances : zamaks (2, 3, 5) et kayems (1 et 2) pour l’industrie.
Désignations (NF EN 12844)
ZP3, ZP5, ZP2, ZP6, ZP8, ZP12, ZP27, ZP16 pour pièces moulées.
Principales caractéristiques :
Assez lourd (densité 7,13) ; basse température de fusion (420°C) et bonne résistance à la
corrosion.
La mise en œuvre des alliages est facile en fonderie (basse température de fusion et retrait très
faible). Il est possible de réaliser des pièces robustes à parois minces très complexes avec des
tolérances serrées (0,01 à 0,1 mm), sans reprise d’usinage et sous des cadences très élevées (moulage
en coquille sous pression des zamaks). Nombreux traitement de surface.
Utilisations : zamaks (ou nuances ZP) pour la fonderie (carburateurs, boitiers…), zinc laminé
pour le bâtiment (couverture…), poudres et revêtements de zinc contre la corrosion (métallisation,
galvanisation, zingage, shérardisation, peintures…).
p. 57
Autres Propriétés Des Métaux

LA COULABILITE:
On appelle la coulabilité la propriété possédée par plusieurs métaux d'épouser
étroitement la forme des moules dans lesquels ils sont introduits après fusion. C'est en quelque
sorte la fluidité des métaux fondus.
8-) LA SOUDABILITE:
La soudabilité est l'aptitude que possèdent certains métaux à se souder à eux-même par simple
contact lorsqu'ils sont à haute température et ceci sans le secours d'un métal de liaison.
Exemple: le fer à l'état pâteux est très soudable.
9-) L'HOMOGENEITE:
L'homogénéité est caractérisée dans la masse d'un corps par une répartition très
régulière des éléments la constituant: c'est la qualité première d'un alliage.
La propriété opposée est l'hétérogénéité.
11-) CHALEUR SPECIFIQUE OU CHALEUR MASSIQUE:
La chaleur spécifique est la quantité de chaleur qu'il faut pour élever de 1°C la
température d'un corps. Cette caractéristique entre surtout en oeuvre dans les domaines du
travail à chaud des matériaux tels que: le moulage, le soudage, le forgeage et la gamme des traitements
thermiques.
12-) L'INOXYDABILITE:
Propriété des matériaux d'être plus ou moins inaltérables aux attaques chimiques
apportant une corrosion. (Cas particulier de l'oxygène par exemple, ou de certains milieux
salins ou corrosifs).
13-) L'USINABILITE:
Propriété directement liée au travail de coupe par enlèvement de copeaux ou glissement du métal.
14-) LA FORGEABILITE ET L'EMBOUTISSAGE:
Propriétés propres aux déformations à chaud et à froid basées particulièrement sur la
malléabilité et demandant que les matériaux présentent des propriétés telles que:
– La plasticité, - l'écrouissage, - la résistance aux chocs thermiques.
15-) LA DILATABILITE:
- Sous l'action de la chaleur, le volume des pièces augmente.
- Sous l'action du froid, le volume des pièces diminue.
p. 58
Cette propriété est très importante dans la construction des ouvrages métalliques et peut causer
des effets néfastes à la vie de ceux-ci. Ainsi, un élément anormalement
« BRIDE » risque de casser ou de ne plus remplir sa fonction sous les effets da la
dilatation ou du retrait.
16-) L'ECROUISSAGE:
L'écrouissage est plutôt un état qu'une propriété des matériaux. Ainsi, il peut être une qualité
ou un défaut. Un état écroui ou plutôt une structure écrouie est en fait une déformation de l'édifice
cristallin sans rupture aux joints. Lorsque la rupture apparaît, on dit qu'il y a clivage.
III. Soudabilité des métaux

La plupart des procédés de soudage entraînent le réchauffement, puis le refroidissement du métal.
Ces variations de température ont un impact sur la structure du métal dans la zone soudée. La zone
périphérique au bain de fusion, également touchée par cet accroissement de la température, est
appelée « zone thermiquement atteinte » ou ZTA.
On peut distinguer quatre étapes importantes lors de l’application d’un procédé de soudage à l’arc
Le chauffage La fusion La solidification Le refroidissement
Le chauffage est En le chauffant, le Par la suite, on refroidit la

un résultat direct métal atteint la assiste à la pièce.
des transferts température de son solidification de la zone
d’énergie point de fusion et fond, qui reste
survenant entre l’arc créant un bain de cependant encore
électrique et le métal. fusion dans lequel chaude.
l’ajout du métal
d’apport ou la réunion des
bords formera la soudure
proprement dite.
Facteurs de détermination des effets des opérations de soudage

On compte quatre principaux facteurs qui déterminent les effets des opérations de soudage et qui
entrent en considération dans le choix d’un procédé :
– Quantité de chaleur transférée
– Température initiale de la pièce
p. 59
– Vitesse de refroidissement du métal – Température atteinte dans la ZTA
Quantité de chaleur transférée
La quantité de chaleur transférée dépend essentiellement du procédé de soudage utilisé ( figure 1.19).
Figure 1.19 Coefficients de transmission thermique des procédés de soudage
Procédé de soudage Coefficients de transmission de la

chaleur dans la pièce (%)
Soudage à l’arc submergé (SAW) 90 à 99
Soudage à l’arc sous protection gazeuse avec fil plein 65 à 85

(GMAW)
Soudage à l’arc avec fil fourré de flux (FCAW) 65 à 85
Soudage à l’arc avec électrode enrobée (SMAW) 50 à 85
Soudage à l’arc sous protection gazeuse avec électrode 20 à 50

réfractaire de tungstène (GTAW)
Données provenant du Bureau canadien du soudage
Température initiale de la pièce
La température initiale détermine la vitesse de refroidissement de la pièce et l’humidité qu’elle
contient. Un préchauffage approprié permet de diminuer la vitesse de refroidissement et d’assécher
les pièces, ce qui atténue les risques d’absorption d’hydrogène.
Vitesse de refroidissement du métal
La vitesse de refroidissement dépend de la différence de température entre la pièce et le milieu de
refroidissement ; plus l’écart est élevé, plus le refroidissement sera rapide. Plus les zones de contact
entre le cordon de soudure et le milieu de refroidissement sont étendues, plus le refroidissement sera
rapide.
Température atteinte dans la ZTA
La température atteinte dans la ZTA modifie la structure finale du métal dans cette zone. La
figure 1.20 illustre l’influence de la température atteinte dans la ZTA dans le cas de l’acier. On
remarque que la grosseur des grains est proportionnelle à la chaleur atteinte dans la ZTA.
La conductivité thermique du métal détermine la vitesse à laquelle le métal transfère la chaleur
depuis la ZTA, donc la taille des zones atteintes par la chaleur. L’épaisseur des pièces et l’énergie
linéaire sont deux facteurs qui influent sur la vitesse de refroidissement et la taille de la ZTA
p. 60
Énergie linéaire :L’énergie linéaire (El ) correspond à l’énergie transférée au métal de base par
unité de longueur de soudure. Elle dépend de la vitesse d’avance (v), de même que de la tension (V)
et de l’intensité de courant (I) utilisées : EI = L #v V
L’énergie linéaire s’exprime en joules/millimètre (J/mm) lorsque le courant est exprimé en ampères
(A), la tension en volts (V) et la vitesse en millimètres/seconde (mm/s).
Plus l’énergie linéaire est élevée, plus la ZTA sera grande et plus la vitesse de refroidissement sera
lente (figure 1.21). Par contre, l’épaisseur des pièces provoque l’effet inverse : plus elle est grande,
plus la pièce refroidira rapidement et plus la ZTA sera petite.
Métal Coefficients de dilatation

en microns (µ)
Acier 12
Aluminium 23
Argent 19
Bronze 18
Cuivre 17
Étain 23
Fer 12
Fonte 11
Laiton 19
Magnésium 23
Or 15
Plomb 29
Tungstène 4
Zinc 30
p. 61
Coefficient de dilatation Figure 1.22 Coefficients de dilatation linéaire
Les taux de dilatation et de contraction (retrait) de chaque métal ainsi que sa ductilité permettent de prévoir
comment le métal réagira lors du soudage. Le coefficient de dilatation représente la valeur de l’augmentation
de volume d’un métal sous l’effet de la chaleur en exprimant la valeur de la déformation linéaire. Le tableau
de la figure 1.22 présente la valeur des coefficients de différents métaux pour chaque degré Celsius
d’augmentation de la chaleur. L’unité de mesure de la dilatation est le micron (µ), lequel est égal à un
millionnième de mètre ou encore, un millième de millimètre (1 µ = 0,001 mm). Les valeurs de dilatation
sont valides pour chaque mètre linéaire de métal.
Lorsqu’on connaît la température initiale et la température finale d’un métal, on peut ainsi calculer l’ampleur
de sa dilatation (ou de sa contraction, s’il refroidit).
Par exemple, comparons la dilatation d’une barre d’acier à celle d’une barre d’aluminium, d’un mètre
chacune, lorsqu’on les chauffe à 400 °C à partir d’une température initiale de
20 °C, soit une augmentation de température de 380 °C (figure 1.23).
Pour chaque degré, la barre d’acier se dilate de 12 µ/m (soit 0,012 mm/m) ; par mètre, la variation totale sera donc de
:
380 °C × 0,012 mm/°C = 4,56 mm
Par contre, la barre d’aluminium se dilate de 23 µ/m (ou 0,023 mm/m) ; la variation par mètre sera plutôt de :
380 °C × 0,023 mm/°C = 8,74 mm, ce qui correspond à près de deux fois la valeur de dilatation de l’acier.
Figure 1.23 Dilatation de l’acier et de l’aluminium
1 004,56 mm 1 008,74 mm
1 000 mm 1 000 mm
Dilatation de l’acier Dilatation de l’aluminium
En soudage, on ajoute généralement un métal d’apport à la pièce soudée, ce qui provoque un retrait
(contraction) généralement plus grand que la dilatation qui a eu lieu avant l’ajout du métal d’apport.
Par ailleurs, comme la pièce doit être maintenue en place, elle subit des contraintes dans l’espace et
ne se dilate généralement pas dans tous les sens de manière égale (figure 1.24). Tous ces facteurs
peuvent être à l’origine de déformations dans la pièce soudée. Ces déformations et les moyens de les
prévenir seront traités plus en détail dans la suite du manuel.
p. 62
Soudabilité des aciers au carbone et faiblement alliés

La soudabilité des aciers dépend de la structure interne du métal dans la ZTA après le soudage. Afin
de préserver les qualités du métal à souder, notamment en ce qui concerne la ductilité, le métal soudé
doit retrouver une structure interne similaire à son état initial.
La figure 1.25 illustre l’effet de la température sur les grains de l’acier. Remarquez la zone où on
trouve de l’austénite ; c’est dans cette zone que, dans le cas où le refroidissement est trop rapide, le
métal se solidifie en martensite plutôt qu’en ferrite et en perlite, ce qui crée des tensions internes.
p. 63
Figure 1.25 Influence de la température sur les grains
1 500
°C 723 910 1 375
Perlite et Ferrite et Austénite

ferrite austénite
Métal de base Zone atteinte Fusion

Non atteint
Les principaux facteurs qui influent sur la soudabilité du carbone sont les suivants :
– Trempabilité : c’est le facteur principal. Il détermine le comportement des aciers lors
du refroidissement rapide. Plus l’acier a tendance à adopter une structure martensitique, plus sa
fragilité augmente et cela accroît d’autant les risques de fissures.
– Carbone équivalent : le carbone équivalent est une mesure qui détermine assez bien la
trempabilité de l’acier, car plus la teneur en carbone est élevée, plus l’acier est susceptible de subir
la trempe. La soudabilité d’un acier est donc dépendante de son carbone équivalent (figure 1.26).
Figure 1.26 Influence du carbone équivalent sur la soudabilité de l’acier

Carbone équivalent Indice de soudabilité Préchauffage
< 0,40 Excellent Aucun
0,40 à 0,50 Bon Aucun
De 100 à 300 °C
0,50 à 0,60 Moyen De 100 à 300 °C
De 200 à 400 °C
0,60 à 0,70 Médiocre De 300 à 400 °C
> 0,70 Mauvais Non soudable
Les métaux suivants entrent dans le calcul du carbone équivalent : le carbone bien sûr (C), le
manganèse (Mn), le silicium (Si), le chrome (Cr), le molybdène (Mo), le vanadium (V), le nickel (Ni)
et le cuivre (Cu). La formule à utiliser est la suivante :
Carbone équivalent = C + Mn + Si + Cr + Mo + V + Ni + Cu
6 5 15
Dans cette formule, le symbole de l’élément indique son pourcentage de masse dans l’alliage ( par
exemple, si on a 0,5 % de carbone et 0,03 % de manganèse, alors C = 0,5 et Mn = 0,03).
p. 64
Plus la teneur en carbone est élevée, plus les aciers sont difficiles à souder.
Soudabilité des aciers inoxydables

Les propriétés physiques qui influent sur la soudabilité de ces aciers, comparativement aux aciers au
carbone, sont les suivantes :
– Un point de fusion inférieur : la température nécessaire pour obtenir la fusion du
métal est moins élevée ; par conséquent, l’énergie nécessaire pour le soudage sera moindre.
– Une conductibilité thermique plus faible : ce facteur accroît encore l’importance de
prévoir une moins grande énergie pour le soudage, car une conductibilité thermique élevée
indique que la chaleur sera plus dispersée dans le métal et qu’il y aura des pertes.
– Une résistance électrique plus élevée : plus la résistance électrique est élevée, plus le
bain de fusion est facile à créer ; par contre, l’amorçage de l’arc est plus difficile.
– En fait, pour toutes ces raisons, la taille de la ZTA d’un acier inoxydable sera
d’environ 50 % plus grande que celle d’un acier au carbone, dans les mêmes conditions.
Il existe plusieurs types d’aciers inoxydables possédant des niveaux de soudabilité différents ( figure
1.27).
Figure 1.27 Facteurs influant sur la soudabilité de différents types d’aciers inoxydables
Type d’acier Facteurs influant sur la soudabilité
inoxydable
Austénitique – Coefficient de dilatation supérieur (environ 1,5 fois celui de l’acier au
carbone), donc sensible aux déformations
– Conductibilité thermique plus faible que celle de l’acier doux, donc une ZTA moins
grande pour un même courant
– Résistance électrique jusqu’à 6 fois plus élevée que celle de l’acier doux
– Point de fusion inférieur à celui de l’acier doux, donc température nécessaire
moindre
Martensitique – Coefficient de dilatation inférieur (minimise les déformations

lors du soudage)
– Conductibilité thermique plus faible que celle de l’acier doux
(intensité de courant plus basse)
– Résistance électrique de 3 à 6 fois plus élevée que celle des
aciers au carbone – Forte tendance à durcir au contact de l’air
Ferritique – Aucun durcissement, même lorsque refroidi rapidement
– Le grain grossit si la pièce est chauffée à plus de 870 ºC, puis
refroidie lentement, ce qui rend la pièce fragile.
Soudabilité des fontes
Les fontes blanches ne se soudent pratiquement pas. Les autres fontes (grises, malléables et
nodulaires) peuvent être soudées sous certaines conditions. Ce sont les fontes nodulaires, plus
ductiles, qui sont les plus faciles à souder. On ne soude généralement pas de fontes dans l’industrie
de la fabrication, sauf dans le cas de certaines opérations de réparation.
p. 65
Soudabilité des métaux non ferreux

Le tableau de la figure 1.28 rappelle les principaux facteurs influant sur la soudabilité des métaux
non ferreux.
Figure 1.28 Facteurs influant sur la soudabilité de certains métaux non ferreux
Métal Facteurs influant sur la soudabilité
Aluminium – Un coefficient de dilatation élevé, ce qui accroît les risques de
déformation du métal lors du refroidissement.
– Un point de fusion bas : le bain de fusion est rapidement créé
et il est très fluide.
– Conductibilité thermique élevée : il y a beaucoup de pertes de
chaleur dans le métal, donc la température de soudage doit être plus
élevée.
– Il y a formation d’oxyde à la surface très dure dont le point de
fusion est supérieur à celui de l’aluminium.
Nickel – Il se soude bien même sans préchauffage.

– Le métal doit être bien nettoyé pour éliminer la présence
d’oxyde sur sa surface.
– La pénétration dans le nickel est généralement inférieure à celle
de l’acier.
Cuivre – Une conductivité thermique élevée, jusqu’à 50 % plus grande
que celle de l’acier (à l’exception de certains alliages de cuivre-nickel).
– Un coefficient de dilatation élevé.
– Un point de fusion relativement bas et un bain de fusion très
fluide.
– La composition de chaque alliage peut modifier ses
caractéristiques.
– La soudabilité du laiton dépend en grande partie de sa teneur en
zinc puisque celui-ci se volatilise lors du soudage. Cela peut causer des
défauts ; les laitons à faible teneur en zinc ont une plus grande soudabilité.
Titane – Presque pur, il possède une excellente soudabilité.
– Les alliages alpha se soudent facilement. Ils peuvent être
recuits, mais ne peuvent pas être durcis par traitement thermique.
– La soudabilité des alliages alpha-bêta varie en fonction des
éléments d’alliage qu’ils contiennent ; une grande quantité de chrome, par
exemple, diminue beaucoup la soudabilité du métal.
p. 66
Exercice 1.4
1. Placez dans l’ordre les quatre principales étapes du soudage.

a) La fusion
b) La solidification
c) Le refroidissement
d) Le chauffage
Ordre :
2. Parmi les éléments suivants, lequel ne constitue pas l’un des quatre principaux facteurs
influant sur les opérations de soudage ? a) La quantité de chaleur transférée
b) La température initiale de la pièce
c) La vitesse de refroidissement
d) La température de l’air
e) La température atteinte dans la ZTA
3. Vrai ou faux ?
Vrai Faux
a) Plus l’énergie linéaire est élevée, plus le
bain de fusion est important.
b) L’étendue de la ZTA augmente lorsque
l’énergie linéaire augmente.
c) La vitesse de refroidissement est plus
lente lorsque l’énergie linéaire est basse.
d) Plus la vitesse de refroidissement est

rapide, plus la dureté des métaux diminue.
e) Le coefficient de dilatation du laiton est
plus élevé que celui du cuivre ; par conséquent,
lorsqu’il est chauffé, le laiton a moins tendance à
changer de dimension que le cuivre.
4. Quel(s) facteur(s) influe(nt) principalement sur la soudabilité des aciers au carbone et
faiblement alliés ?
1. Le carbone équivalent 4. La propreté de la surface
2. L’épaisseur 5. La trempabilité
3. La couleur 6. La coupe
a) 1 et 3
b) 2, 3 et 5
c) 1, 4 et 6
d) 2, 5 et 6
e) 1 et 5
f) 3 et 4
p. 67
g) 5
h) 1à6
5. Quelles propriétés physiques influent sur la soudabilité des aciers inoxydables
comparativement aux aciers au carbone ?
1. Leur point de fusion 4. Leur malléabilité

2. Leur conductibilité 5. Leur résistance électrique
thermique
3. Leur résistance à la
corrosion
a) 1, 2 et 5
b) 1, 2 et 3
c) 1 et 4
d) 2, 3 et 5
e) 2 et 5
f) 1 et 5
6. Vrai ou faux ?
Vrai Faux
a) Le point de fusion des aciers
inoxydables est plus bas que celui des aciers au
carbone.
b) La résistance à la corrosion des aciers
inoxydables est identique à celle des aciers au carbone.
c) La conductibilité électrique des aciers
inoxydables est meilleure que celle des aciers au
carbone.
d) La conductibilité thermique des aciers
inoxydables est plus faible que celle des aciers au
carbone.
7. Quel type de fonte se soude le plus facilement ?
a) La fonte grise
b) La fonte blanche
c) La fonte nodulaire
8. Laquelle de ces caractéristiques ne constitue pas un facteur influant sur la soudabilité
de l’aluminium ?
a) Son coefficient de dilatation
b) Sa malléabilité
c) Sa conductibilité thermique
d) La présence d’oxyde à la surface du
métal
p. 68
9. Laquelle de ces caractéristiques ne constitue pas un facteur influant sur la soudabilité

du cuivre ?
a) Sa conductivité électrique
b) Son coefficient de dilatation
c) Son point de fusion
d) Sa dureté
Résumé
– Le tableau suivant (figure 1.29) résume les différentes propriétés des métaux.
Figure 1.29 Propriétés des métaux
Propriété Description
Exemples de matériaux
Fragilité Absence de flexibilité, cassant Fonte
Ductilité Tolérance aux déformations Aluminium, acier doux, cuivre

(s’allonge, s’étire, se tord) sans
rupture
Ténacité Résistance aux chocs Acier
Malléabilité Mise en forme facile, s’aplatit Aluminium, acier doux, cuivre
Élasticité Reprise de sa forme initiale après Acier

une déformation
Dureté Résistance à la pénétration, aux Acier dur, fonte
rayures
Résistance à l’abrasion Résistance à l’usure par Acier allié
frottement
Résistance à la corrosion Résistance à la dégradation Acier inoxydable, aluminium
chimique causée par l’oxygène
Magnétisme Sensibilité à l’attraction des Fer, acier
aimants
Dilatation/contraction (retrait) Allongement ou rétrécissement Tous les métaux
thermique du matériau en fonction de la
température
Point de fusion Température à laquelle le métal Tous les métaux
passe à l’état liquide
p. 69
Conductivité thermique Capacité de conduire ou de Aluminium, cuivre

transmettre la chaleur
Conductivité électrique Cuivre
Capacité de conduire l’électricité
Figure 1.30 Métaux ferreux
MÉTAUX FERREUX
-Grise
Aciers: -Doux Fontes: -Blanche
-Semi-durs -Malléable
-Durs -Nodulaire
Aciers -Alliée
Aciers alliés
inoxydable
– L’acier, et particulièrement l’acier doux, constitue le matériau le plus souvent soudé.

Les aciers durs se soudent moins bien. On peut, par contre, les assembler de façon mécanique.
– On obtient des aciers durs en leur faisant subir un traitement thermique, soit la trempe,
qui provoque le durcissement du métal tout en augmentant sa fragilité. Il est aussi possible de tremper
des aciers doux en surface seulement.
– On utilise surtout les aciers alliés afin d’obtenir un métal qui combine les propriétés
de ductilité d’un acier à faible teneur en carbone avec la dureté d’un acier à teneur plus élevée. Par
contre, les propriétés particulières des aciers alliés varient en fonction des éléments d’alliage qu’ils
contiennent.
– L’acier inoxydable est utilisé principalement pour sa propriété de résistance à la
corrosion.
– Les fontes sont surtout utilisées pour être coulées ; on les soude rarement.
– Les métaux non ferreux ont, en général, une bonne résistance à la corrosion. Certains,
comme l’aluminium ou le magnésium, sont aussi très légers. On utilise le plus souvent les métaux
non ferreux sous forme d’alliages. Plusieurs d’entre eux possèdent aussi une bonne conductivité
électrique et thermique.
– Les principaux métaux non ferreux et leurs propriétés apparaissent à la figure 1.31.
Figure 1.31 Caractéristiques des métaux non ferreux
Métal Couleur Densité Point de Principales propriétés
fusion (ºC)
Aluminium Blanc 2,7 660 –Léger
(Al) brillant –Ductile
–Malléable
–Bon conducteur
–Forme une couche
d’oxyde d’aluminium.
p. 70
Étain (Sn) Blanc 7,3 232 – Malléable

N’est pas – Ductile
touché par – Très mou
l’eau ou l’air Faible résistance mécanique
Plomb (Pb) Gris bleuâtre 11,3 327 – Malléable

– Ductile
– Mou
– Résistant à la corrosion
– Mauvais conducteur
Zinc (Zn) Blanc bleuâtre 7,2 419 – Cassant (à la température
ambiante)
– Malléable (200 ºC)
Magnésium Blanc argenté 1,7 650 – Malléable
(Mg) – Ductile
– Inflammable
– Faible résistance
mécanique
Argent (Ag) Blanc 10,5 9 50 – Malléable
brillant – Ductile
– Très bon conducteur
Cuivre (Cu) Rouge-brun 8,9 1 083 – Malléable

– Ductile
– Conducteur
– Forme une couche de vert-
de-gris lorsqu’il est exposé à
l’humidité.
Manganèse Grisâtre 7,4 1 245 – Cassant
(Mn) – Très dur
– Résistant
– S’oxyde facilement.
Nickel (Ni) Blanc 8,9 1 455 – Malléable
grisâtre – Ductile
Titane (Ti) Blanc 5,0 1 660 –Résistant à la corrosion
brillant –Charge à la rupture élevée
–Bonnes propriétés
mécaniques à haute température
– Les principaux facteurs influant sur la soudabilité d’un métal sont :
• la quantité de chaleur transférée au métal de base (selon le procédé de soudage utilisé)
;
• la température atteinte dans la ZTA qui dépend, entre autres, de la conductivité
thermique du métal et du procédé de soudage ;
p. 71
• la température initiale de la pièce qui influe, notamment, sur sa vitesse de

refroidissement ;
• la vitesse de refroidissement du métal, laquelle détermine la possibilité de
modifications structurelles du métal pouvant altérer ses propriétés de base.
– L’épaisseur des pièces et l’énergie linéaire du procédé de soudage influent sur la vitesse de
refroidissement et la taille de la ZTA.
– La soudabilité des aciers au carbone et faiblement alliés dépend fortement de leur teneur en carbone
(ou carbone équivalent), de même que de leur trempabilité. Une teneur élevée en carbone équivalent
de même qu’une tendance élevée à la trempe rendent le soudage difficile.
– Les aciers inoxydables requièrent une intensité de courant plus faible que les aciers au carbone pour
être soudés. Leur point de fusion est plus bas, leur conductivité thermique plus faible et leur résistance
électrique plus élevée que celle des aciers non alliés.
– Les fontes sont vulnérables aux déformations lorsque soudées, notamment à cause de leur fragilité.
– L’aluminium a un point de fusion assez bas et un bain de fusion très fluide. Par ailleurs, on trouve
souvent des dépôts d’oxyde à sa surface. Ces éléments doivent être pris en considération lors du
soudage de l’aluminium, afin d’éviter les déformations.
Le cuivre et ses alliages présentent généralement une forte conductivité thermique et électrique. Il est
important de les préchauffer
IV. MODES D’OBTENTION DES PIECES
p. 72
Propriétés
Le formage augmente avec la température.plus la temperature augmente,plus la limite
d’élasticité diminue.
p. 73
p. 74
 Inconvénients ;
 Travail unitaire
 Prix de revient élevé
 Procède difficilement automatisable
 Surépaisseur d’usinage élevée 4 à 5mm
 Matériaux forgeables :
 Tous les aciers sauf ceux cassant à chaud (aciers réfractaires, aciers au cobalt)
 Les Aciers légers
FORGEAGE par estampage ou matriçage
Remarque :
Estampage et matriçage sont deux termes synonymes,
1. cependant :
Estampage : Forgeage mécanique des ACIERS
2. Matriçage : Forgeage mécanique des matériaux NON FERREUX
Principe :
Un lopin est chauffé, à une température convenable, puis écrasé entre deux blocs matrice en acier
portant les empreintes correspondantes aux formes intermédiaire et définitive de la pièce à obtenir
p. 75
p. 76
p. 77
Le moulage des métaux et polymères
1- Généralités
1.1- Principe
Le moulage d’une pièce est réalisé en remplissant le moule par un matériau en fusion. Ensuite
le refroidissement assure la solidification du matériau puis son démoulage.
Les pièces moulées sont donc conçues de manière à ce que les étapes du procédé de fabrication
soient possibles. Ces trois étapes étant :
- Le remplissage du moule
- La solidification de la matière
- La démoulage de la pièce
La conception d’une pièce moulée doit donc intégrer dès la définition de celle-ci le matériau
utilisé ainsi que le procédé de moulage choisit. La construction moulée illustre donc parfaitement
p. 78
l’importance des interactions entre les trois composantes d’une pièce : MATERIAU - PRODUIT –
PROCEDE.
1.2- Différents types de moulage

Les principaux types de moulage sont :
- Le moulage en sable
- Le moulage en coquille par gravité
- Le moulage en coquille sous pression
- Le moulage à la cire perdue

Ces différents types de moulage sont choisit suivant trois principaux critères :
- La matière (Point de fusion et fluidité à l’état fondu)
- La précision recherchée des surfaces brutes de

fonderie.
- La quantité de pièces à mouler

2- Le moulage en sable
Principe
Le matériau est coulé dans un moule en sable. Le moule sera détruit après la fabrication de
chaque pièce, il faut donc refaire un moule pour chaque pièce.
Le moule est fabriqué en au moins deux parties. Chaque partie ayant une empreinte donnant
la moitié des formes de la pièce. Pour chaque partie du moule on utilise donc un modèle ( en métal,
bois ou autre matériau ) qui enfoncé dans le sable va laissé sont empreinte dans la partie du moule.
Le modèle est ensuite extrait du moule avant que les deux parties du moule soient assemblées.
Lorsque la pièce à des formes intérieures qui empêche toutes extraction du modèle, on insère
entre les deux parties du moule un noyau en sable qui devra être maintenu dans le moule, puis
détruit après démoulage de la pièce.
p. 79
Ce noyau est donc fabriqué de la même manière

que chacune des parties du moule en tassant du sable
dans un modèle en deux parties ayant les formes de la
pièce.
Avantages du procédé :
- Possibilité de mouler des matériaux dont le point de
fusion est élevé (acier, fonte).
- Possibilité de mouler des pièces de (très) grande
taille (Moulage de carters de machines)
- Procédé rentable pour les petites et moyennes séries
(quelques dizaines à quelques milliers de pièces)
Inconvénients du procédé :
- Surfaces obtenues peu précises ( ± 0,5 mm )

Nécessite un usinage des surfaces fonctionnelles -
Procédé peu rentable pour les grandes séries
Moulage en coquille par gravité

2.1- Principe
Le matériau est coulé dans un moule métallique. Le principe est donc le même que pour le
moulage en sable, mais on utilise le même moule pour toute une série de pièces.
On peut également pour les formes intérieures utiliser un noyau en sable.
- Procédé plus rentable pour les moyennes et grandes séries.
- Précision meilleure que pour le moulage en sable ( ± 0,3 mm ) . Cependant cela nécessite
quant même un usinage des surfaces fonctionnelles de la pièce.
- Réservé aux matériaux dont le point de fusion est inférieur à 900°C (alliages de cuivre d’aluminium
ou de zinc, etc…)
- Le prix du moule exclu ce procédé pour les petites séries.
4- Moulage en coquille sous pression
Principe
Le matériau est coulé ou fondu dans un cylindre puis un piston assure le transfert (injection)
du matériau sous pression de ce cylindre vers l’empreinte du moule.
Lorsque le matériau est un polymère la matière est fondue dans un cylindre et injectée par un
piston appartenant à la machine d’injection.
p. 80
- Permet le moulage de matériaux très peu
fluides donc permet le moulage des
polymères.
- Permet le moulage de pièces de faible
épaisseur.
- Bonne précision des surfaces obtenues (± 0,1
mm pour les métaux à ± 0,05 mm pour les
polymères). Donc cela peut permettre d’éviter
certains usinages.
- Le prix très élevé du moule oblige à réserver
ce procédé pour les grandes séries de pièces.
- Il est impossible d’utiliser des noyaux en sable
pour la réalisation de formes intérieures.
Le moulage se fait en suivant les étapes

suivantes :
Réalisation d’un modèle d’une ou plusieurs pièces

en cire ou résine (Parfois par moulage sous
pression)
Recouvrement du modèle avec un enduit

réfractaire
Mise en place du modèle dans un châssis avec un

maintien à l’aide de sable fin
Elimination de la cire par chauffage liquéfaction et coulée de celle-ci en retournant le moule.
Coulée du matériau de la pièce.
Démoulage de la (des) pièce(s) et élimination de la couche d’enduit réfractaire par brossage.
Sectionnement des conduits de coulée et d’évents.
- Possibilité de mouler des matériaux dont le point de fusion est élevé (acier, fonte).
- Excellente précision des surfaces obtenue ( ± 0,05 mm ).
p. 81
- Prix de revient élevé.
Tracé des pièces moulées

Impératifs du procédé
Le moulage d’une pièce s’effectue en trois étapes : Coulée et solidification du matériau puis
démoulage de la pièce. La conception de la pièce doit donc favoriser au mieux ces trois étapes.
Coulée du matériau
Lors de la coulée du matériau (ou de son injection) dans le moule, la matière s’écoule comme
dans une conduite dont la direction et la taille changent au gré des formes de la pièce.
Il faut donc veiller d’une manière générale à limiter ces changements de section et de direction.
On essayera donc de rendre ces changement de direction et de section les plus progressifs possible.
Solidification
Lors de la solidification du matériau, celui-ci subit un retrait (son Avant solidification
volume diminue). Le refroidissement et la solidification n’étant pas uniformes
dans toute la pièce, ce retrait crée des retassures et des contraintes internes.
Les retassures créent des points de fragilisation de la pièce et les contraintes
internes déforment la pièce.
Pour réduire l’effet du retrait il faut une épaisseur la plus homogène et Après solidification
la plus petite possible. D’autre part pour renforcer la pièce et limiter sa
déformation sous l’effet des contraintes internes il faut la nervurer.
D’autre part la réduction des épaisseurs permet de réduire le temps de

refroidissement de la pièce, et permet ainsi de réduire le prix de revient du
procédé de moulage.
Démoulage
Dépouille Contre dépouille
Dans le cas du moulage au sable le modèle donnant l’empreinte
dans le moule est démoulé avant la coulée. Dans le cas du moulage en
coquille la pièce est démoulée après solidification du matériau. Si les
formes de la pièce interdisent le démoulage (contre dépouilles), on est
obligé d’utilisé des noyaux en sable ou des tiroirs dans le moule.
Pour des questions de coûts, les formes de la pièce doivent donc limiter au maximum le recours
aux noyaux et tiroirs.
Règles de tracé d’une pièce brut de moulage (Voir exemple de pièce moulée)
1- Dessiner la pièce avec des épaisseurs les plus fines et constantes possible.
2- Si les épaisseurs doivent varier veiller à ce que ces variations soient progressives.
3- Prévoir des congés et arrondi chaque fois que cela est possible.
4- Prévoir chaque fois que cela est possible des formes en dépouille facilitant le démoulage.
p. 82
5- Renforcer et rigidifier la pièce par des nervures.

6- Nervurer les grandes surfaces planes pour éviter leur déformation.
Eviter les raccordements en croix ou creuser pour éviter une masse trop importante de ma
7- Essayer d’éviter les formes nécessitant l’utilisation d’un noyau ou d’un tiroir
Remarque importante : Pour les pièces dont le procédé de moulage est trop peu précis les
surfaces fonctionnelles sont usinées. Il en résulte que les formes des surfaces fonctionnelles n’ont pas
de congé et ne nécessitent pas forcément de noyau ou tiroir
I P MAC
p. 83
p. 84
p. 85
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Lycée professionnel par BANYONGEN ELIE J D

REPUBLIQUE DU CAMEROUN REPUBLIC OF CAMEROON

Propriétés Des Métaux

Fragilité Rupture facile,

Un exemple de matériel extrêmement malléable, quoique non

Notons que la malléabilité d’un matériau croît avec

Figure 1.1 Du plus fragile au plus ductile

Céramique Béton Fonte Acier dur Acier doux Aluminium Cuivre

Caractéristiques thermiques et électriques

Dilatation et contraction (ou retrait) thermiques

Figure 1.2 Dilatation et contraction

Barre avant le chauffage Barre dilatée à la suite du chauffage

Le tableau de la figure 1.3 présente les points de fusion de quelques matériaux

Figure 1.3 Points de fusion

Matériau Température de fusion en °C Température de fusion en °F

Magnésium 650 1 202

Aluminium 660 1 220

Cuivre 1 085 1 985

Nickel 1 453 2 647

Fer 1 535 2 795

Titane 1 660 3 020

Alumine (oxyde d’aluminium) 2 054 3 729

Figure 1.4 Conduction de chaleur dans une tige métallique

Quelle est la propriété qui... Propriétés des métaux

f) attire les métaux ferreux vers les aimants ? 7. Élasticité

g) indique la température à laquelle le métal se liquéfie ? 8. Malléabilité

11. Point de fusion

II. GENERALITES SUR L’ELABORATION DES METAUX ET ALLIAGES

A la fin de ce chapitre je devrais être capable de :

 Décrire le principe de la métallurgie ;

I-1 GENERALITES SUR LA METALLURGIE

De nombreuses connaissances sur l’origine et les méthodes courantes de fabrication et

I-2 MINERAI ET PRINCIPE DE TRAITEMENT METALLURGIQUE

 Le gueulard : il permet l’introduction des charges sans pertes de gaz.

Principe le minerai à traiter comprenant de l’oxyde de fer et de la gangue, il faut pour

SCHEMA DU HAUT FOURNEAU.

ELABORATION DES PRODUITS FINIS

La mise en forme peut se faire par écrasement ou déformation plastique de la matière, à

A. MISE EN FORME PAR ECRASEMENT

A. MISE EN FORME PAR DEFORMAGE

b) Mise en forme par écrasement-pliage

Il consiste à provoquer une déformation de

Les Familles De Matériaux

La fabrication d’un objet implique le choix de matériaux. Ce choix dépend de l’utilisation

On peut classer les différents matériaux selon 3 familles d’origine :

- végétale, qui provient essentiellement des plantes, bois, écorce, fibre.

- animale, qui provient d’être vivant : vache, dain, ...

- minérale, qui provient essentiellement des minerais, roches.

1. D’origine minérale ...

a) Les métaux et alliages de métaux

Le fer et ses alliages ( la fonte et l’acier )

- alliages non ferreux

- L’aluminiun et ses alliages ( le duralium, le zamac )

- Le cuivre et ses alliages ( le laiton, le bronze ).

Exemple : Terre cuite, porcelaine, plâtre,ciment,...

- Les thermoplastiques : Ce sont les plus utilisés, ils ramolissent et se déforment à la

2. D’origine végétale ...

c) Les toiles et tissus