cour05CM

1. UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA
Dr:Z. Hacini
(
‫ليس‬
‫تسطيع‬ ‫ال‬ ‫أن‬ ‫العيب‬ ‫ولكن‬ ‫تسقط‬ ‫أن‬ ‫العيب‬ ‫من‬
‫النهوض‬
)
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FACULTE DES SCIENCES APPLIQUES
DEPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES
Cour Chimie minéral 2émeRP
I) Le fer
Les caractéristiques uniques du fer sont sa densité, sa solidité
lorsqu’il est mélangé au carbone, son abondance et sa facilité de
raffinage, sa forte propension à la corrosion et son magnétisme.
L’alliage du fer avec d’autres éléments dans des proportions
différentes peut diminuer ou éliminer un ou plusieurs de ces
facteurs.
1-Alliages ferreux
Des centaines d’alliages ferreux sont bien connus. Ils sont définis
par les proportions de chaque élément dans leur composition, ainsi
que les directions sur leur fonte et leur finition. Les alliages ferreux
contenant du carbone sont généralement appelés fer ou acier et
peuvent contenir un certain nombre d’autres éléments, de
l’aluminium au vanadium, en fonction de leurs
spécifications. Ces métaux sont généralement choisis pour
leurs propriétés mécaniques. Les ingénieurs et les concepteurs
pourraient être intéressés par leur limite de force, de ténacité, de
ductilité, de soudabilité, d’élasticité, de cisaillement, et de dilatation
thermique, qui décrit comment un matériau se comportera sous des
facteurs de stress spécifiques.
Ces aspects distinctifs du fer peuvent être modifiés dans les alliages,
qui mélangent le fer avec d’autres éléments.
FACULTE DES SCIENCES APPLIQUES
DEPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES
Cour Chimie minéral 2émeRP
a)La fonte est une catégorie d’alliages de fer dont la teneur en
carbone est supérieure à 2%. Elle est relativement peu coûteuse et
dense. Lorsqu’elle est chauffée et coulée, elle a une fluidité
beaucoup plus élevée à des températures plus basses que l’acier, ce
qui signifie qu’elle peut couler et remplir des parties d’un moule
complexe avec une plus grande efficacité. La fonte rétrécie aussi à la
moitié de la vitesse de l’acier lors du refroidissement.
La fonte de base possède de bonnes propriétés de compression, mais
elle est fragile: elle se brisera avant de se plier ou de se déformer.
Cette vulnérabilité peut signifier que des catégories plus fragiles de
fonte ne seront pas utilisées pour des conceptions avec de l’extrusion
ou des détails élaborés, ou avec des rebords tranchants car ces
particularités peuvent s’écailler.
b)Le Fer Gris est le type de fonte le plus couramment produit, se
retrouvant dans tout ce qui concerne les couvercles de bouches
d’égout jusqu’aux freins à disque sur les voitures. Il tire son nom de
la couleur qu’il prend lors de la fracturation, qui est grise en raison
de la présence de graphite servant d’additif de carbone. Le fer gris
est de 2,5 à 4% de carbone en poids, et contient en plus de 1 à 3% de
silicium, ce qui assure la stabilité du graphite. Il possède beaucoup
d’attributs de la fonte de base, car il est peu coûteux et possède une
Les grandes métallurgies

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fluidité élevée par rapport à l’acier lorsqu’il est fondu mais est
avantagé par la présence du graphite qui permet au fer d’être un peu
moins fragile, facilitant son usinage. Le fer gris est reste tout de
même inflexible: il se plie très peu avant de se briser.
c)Le Fer Ductile est une forme de fonte dans laquelle le carbone
ajouté est un graphite sphérique (nodulaire). Le fer ductile contient
généralement de 3,2 à 3,6% de carbone en poids ainsi que du
silicium et d’autres éléments. Son niveau de ferrite plus élevé
signifie qu’une accumulation se retrouve sur les outils de coupe
pendant l’usinage. Il est donc souvent utilisé dans les fabrications
principalement en fonte, où une fluidité très élevée en fait un
excellent choix pour un travail qui demande plus de détails. La
forme sphéroïdale du graphite qui confère au fer ductile une
résistance aux chocs et à la traction plus importante que celle du fer
coulé ou du fer gris, rend possible la réalisation de conceptions
détaillées ou à rebords. Le fer ductile est un nouveau venu dans la
famille des fers car il a été découvert en 1943.
d)Acier
Des aciers de toutes sortes sont aussi parfois coulés. En général,
l’acier possède une teneur en carbone inférieure à 2,14% en poids et
est souvent allié à d’autres éléments. L’acier possède des propriétés
mécaniques plus fortes que celles de la fonte mais ce qui est gagné
en ténacité est perdu en fluidité. L’acier fondu doit être beaucoup
plus chaud que le fer fondu afin de couler dans des moules détaillés,
et les températures élevées requises pour travailler avec l’acier sont
difficiles à gérer et peuvent nuire la conception et la finition de
l’objet sortant du moule. Comme pour toutes les pièces coulées,
certaines parties d’un objet peuvent refroidir à différentes vitesses, et
ce différentiel provoque des contraintes dans le produit: l’acier se
rétractant beaucoup plus rapidement et largement que la fonte, ces
contraintes requiert une plus grande gestion en acier moulé.
Ces défis signifient que l’acier exige un travail beaucoup plus
intensif pour bien couler. Il nécessite une attention experte à tous les
stades de sa production. Pourtant, la haute résistance mécanique du
produit final peut faire d’un alliage d’acier le meilleur choix pour
certaines applications grâce à son usinage fournissant des finitions
de fin d’étape.
2)Autre alliages de fer
D’autres alliages de fer existent en dehors de ces types communs et
sont utilisés dans des applications spécifiques où leurs
comportements mécaniques s’avèrent utiles. Par exemple, l’elinvar
est un alliage de nickel et de fer qui ne se dilate pas et ne se
contracte pas sous la chaleur et qui est utilisé dans de très petites
pièces comme dans les horloges et autres dispositifs de précision.

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II) Le cuivre
Le cuivre est un métal qui se recycle indéfiniment sans perdre ses
caractéristiques. Il est parfait pour le recyclage et la récupération par
les ferrailleurs. Depuis les années 70, il est très demandé et
recherché.
Il est présent dans tous les types de câbles, dont les fils électriques et
téléphoniques. On le retrouve également dans une bonne partie des
appareils électriques en guise de bobines, de toitures et de bardages.
Il est aussi employé dans les canalisations d’eau et de gaz. Il est
récupéré pour être revalorisé, donc refondu, et on peut le trouver
dans les chutes neuves des usines de production.
-Conducteurs en cuivre
Le cuivre est un des plus anciens matériaux connus. Sa ductilité et sa
conductivité électrique ont été exploitées par les premiers
expérimentateurs de l'électricité, comme Benjamin Franklin et
Michael Faraday. Le cuivre était le conducteur utilisé dans les
inventions telles que le télégraphe, le téléphone et le moteur
électrique.
À l'exception de l'argent, le cuivre est le conducteur métallique le
plus courant et il est devenu la norme internationale. La norme
International Annealed Copper Standard (IACS) a été adoptée en
1913 pour comparer la conductivité d'autres métaux au cuivre. Selon
cette norme, le cuivre recuit commercialement pur se caractérise par
une conductivité de 100 % IACS. Le cuivre commercialement pur
produit aujourd'hui peut avoir des valeurs de conductivité I.A.C.S.
supérieures, car la technologie de traitement s'est améliorée avec le
temps.
En plus de la conductivité supérieure du cuivre, ce métal contient
d'excellentes propriétés de résistance à la traction, de conductivité
thermique et de dilatation thermique. Le fil de cuivre recuit utilisé à
des fins électriques répond aux normes ASTM B3, Specification for
Soft or Annealed Copper Wire.
- Quelque conducteurs en cuivre
III) Le magnesium
On le trouve dans la nature sous forme d'oxyde, de carbonate,
de chlorure et de silicates.
La DOLOMIE (carbonate double de magnésium et de calcium) est
un minerai de magnésium, de même que l'eau de mer et l'eau des
lacs salés (chlorure et sulfates) et la CARNALLITE (chlorure
naturel hydraté de magnésium et de potassium).
-propriétés physiques:
 densité relative :1.7 (c'est le plus léger des métaux industriels)
 -point de fusion : 650°C
-propriétés chimiques
 Grande affinité avec l'oxygène.
 A froid une couche de magnésie le protège de l'oxydation.
 A chaud, l'oxydation est plus rapide.
 Sous forme de limaille ou de copeaux, le magnésium porté à son
point de fusion s'enflamme.
 Le traitement thermique des alliages se fait sous gaz
protecteur(C02 ou S02)

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Le magnésium est sensible à la corrosion chimiques. Sa corrosion
est accélérée par le contact avec des métaux différents
(corrosion électrolytique)
- propriétés mécaniques
Sa faible rigidité (faible module d'élasticité), pénalise sa faible
masse car il faut prévoir des importantes épaisseurs pour éviter
tout risques de déformations.
-Utilisation
A l'état pur, il est utilisé comme réducteur en métallurgie et en
pyrotechnie(feux d'artifice)
-Désignation conventionnelle
Métal pur: La lettre G suivi d'un indice de pureté
Alliages :
- G = Magnésium
- Groupe de lettres = éléments d'addition par ordre décroissant
Exemple :
G - A9Z1 (Alliage de magnésium comprenant 9% d'aluminium et
1% de zinc)
VI) Le titane
Le corps pur titane est un métal léger, résistant, d'aspect blanc
métallique, qui résiste à la corrosion. Il est principalement utilisé
dans les alliages légers et résistants, et son oxyde est utilisé
comme pigment blanc. Les propriétés industriellement intéressantes
du titane sont sa résistance à la corrosion, souvent associée à la
résistance à l’érosion et au feu, la biocompatibilité, mais aussi ses
propriétés mécaniques (résistance, ductilité, fatigue, etc.) qui
permettent notamment de façonner des pièces fines et légères
comme les articles de sport, mais aussi des prothèses orthopédiques.
- Caractéristiques physiques
 sa masse volumique est environ 60 % de celle de l’acier ;
 sa tenue à la corrosion est exceptionnelle dans de nombreux
milieux tels que l’eau de mer ou l’organisme humain ;
 ses caractéristiques mécaniques restent élevées jusqu’à une
température d’environ 600 °C et restent excellentes jusqu’aux
températures cryogéniques ;
 il est disponible sous des formes et des types de produits très
variés : lingots, billettes, barres, fils, tubes, brames, tôles,
feuillard ;
- Propriétés cristallographique
Le titane pur est le siège d’une transformation allotropique de type
martensitique au voisinage de 882 °C. En dessous de cette
température, la structure est hexagonale pseudo-compacte
(a = 0,295 nm, c = 0,468 nm, c/a = 1,633) et est appelée Ti α
(groupe d'espace no
194 P63/mmc). Au-dessus de cette température
la structure est cubique centrée (a = 0,332 nm) et est appelée Ti β.
La température de transition α → β est appelée transus β. La
température exacte de transformation est largement influencée par
les éléments substitutifs et interstitiels. Elle dépend donc fortement
de la pureté du métal.