Ce document présente un module sur les matériaux et la métallurgie, classifiant les matériaux en familles, notamment les métalliques, polymères et céramiques. Il décrit les propriétés des matériaux métalliques, telles que la ductilité, la malléabilité et la résistance à la corrosion, tout en abordant les concepts d'allotropie et d'alliage. Des exercices pratiques facilitent l'application des connaissances acquises sur les désignations des matériaux et les essais mécaniques.

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Matériaux et métallurgie
MODULE 06:
Par: Mr. MAGRI
55 Heures
Spécialité : TSBECM

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CH 1: Généralités sur les matériaux
1. Familles des matériaux:
Les matériaux industriels peuvent être classé en quatre familles :
Matériaux
Métalliques
Ferreux
Non ferreux
Polymères
Naturels
Synthétiques
Céramiques
Usuels
Techniques
Composites

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CH 1: Généralités sur les matériaux
2. Matériaux métalliques (Métaux):
Les métaux sont formés de monocristaux, ou grains disposés côte à côte, dont la
forme est régulière, appelée structure cristalline. Cette structure est à l’origine
de leurs propriétés mécaniques et physiques.
La plus petite entités formant la structure cristalline est appelée maille. Les
structures cristallines rencontrés le plus fréquemment pour les métaux sont :
CC : Cubique centrée CFC : Cubique à faces centrées HC : Hexagonale compacte

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CH 1: Généralités sur les matériaux
2.1 Définitions :
 Allotropie : propriété de certains métaux ou alliages qui peuvent avoir, selon la
température, des structures cristallines (mailles) différentes avec des propriétés
différentes.
 Alliage : c’est le mélange d’au moins deux métaux différents. Le matériau ainsi
obtenu possède des propriétés améliorées.
 Fragilité : un métal fragile est un métal qui se rompt au lieu de se déformer. Le
verre, la fonte, le béton et les céramiques sont d'excellents exemples de
matériaux fragiles. Ils ne supportent pas les efforts de pliage et se brisent lors
d'un choc ou impact.
 Ductilité : un matériau est dit ductile lorsqu'il peut être étiré, allongé ou
déformé sans se rompre. Des métaux comme l'or, le cuivre et l'acier doux sont
ductiles.

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CH 1: Généralités sur les matériaux
 Élasticité : L'élasticité d'un métal désigne sa capacité à reprendre sa forme, tel un
ressort que vous étirez et relâchez. La limite d'élasticité représente le point à
partir duquel la pièce est déformée de manière permanente.
 Dureté : La dureté d'un matériau est définie comme la résistance qu'il oppose à
la pénétration d'un corps plus dur que lui. En d'autres termes, la dureté dépend
de la facilité avec laquelle un corps peut déformer ou détruire la surface d'un
matériau en y pénétrant.
 Malléabilité : La malléabilité est la facilité avec laquelle un matériau se laisse
façonner, étendre et aplatir en feuille mince sous un effort de compression. L'or,
l'argent, le fer blanc et le plomb sont très malléables. La malléabilité croît avec
l'augmentation de la température.
 Ténacité : Cette propriété est en quelque sorte le contraire de la fragilité. Connue
aussi sous le terme de "résilience", la ténacité est la capacité d'un matériau à
résister à la rupture sous l'effet d'un choc. Par exemple, l'acier est plus tenace
que la fonte, et la fonte plus tenace que le verre.

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CH 1: Généralités sur les matériaux
 Résistance à la corrosion : La résistance à la corrosion désigne la capacité
d'un matériau de ne pas se dégrader sous l'effet de la combinaison chimique
de l'oxygène de l'air et du métal. Les alliages d'acier au nickel-chrome (aciers
inoxydables), d'aluminium-silicium- magnésium et d'aluminium-zinc
résistent tous bien à la corrosion.
 Résistance à l'abrasion : La résistance à l'abrasion désigne la résistance
d'un corps dur à l'usure par frottement. Plus un matériau est dur, plus il
résiste à l'abrasion. Les aciers à outils (à haute teneur en carbone), les aciers
inoxydables et les aciers rapides présentent une bonne résistance à
l'abrasion.
 Dilatation et contraction thermiques : D'une manière générale, les
matériaux subissent un allongement sous l'effet de la chaleur ; c'est la
dilatation. À l'opposé, ils subissent un raccourcissement sous l'effet de froid ;
il s'agit de la contraction.
 Le magnétisme : Le magnétisme est la propriété des métaux ferreux d'être
attirés par les aimants. Seuls les métaux ferreux sont sensibles aux aimants

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CH 1: Généralités sur les matériaux
 Fatigue : La fatigue est la détérioration d'un matériau soumis à des charges
répétées. Ces sollicitations répétées se terminent souvent par une rupture.
Même si les forces de sollicitations ne sont pas importantes, elles finissent
par provoquer la rupture.
 Point de fusion : Le point de fusion d'un métal est la température à laquelle
il passe à l'état liquide sous l'action de la chaleur. Le point de fusion d'un
métal détermine en grande partie sa soudabilité.
 Conductivité : La conductivité est la capacité d'un matériau de conduire ou
de transférer la chaleur ou l'électricité.

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Résumé: Désignation des Matériaux
1. Désignation des métaux ferreux:
Aciers:
Non Alliés Faiblement Alliés Fortement Alliés
Aucun élément d’addition ne
dépasse pas 5% en teneur.
Au moins un élément d’addition
dépasse 5% en teneur.

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Résumé: Désignation des Matériaux
Non Alliés

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Résumé: Désignation des Matériaux
Faiblement Alliés

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Résumé: Désignation des Matériaux
Fortement Alliés

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Résumé: Désignation des Matériaux
Fontes: 𝟐 ≤ % 𝑪 ≤ 𝟔. 𝟔𝟕

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Résumé: Désignation des Matériaux
2. Désignation des métaux non ferreux:
Alliages d’Aluminium:
Désignation: Exemples:

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Résumé: Désignation des Matériaux
2. Désignation des métaux non ferreux:
Alliages de Cuivre:
Désignation: Exemples:

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Exercice N°1:
1. Expliciter les désignations suivantes en donnant le type d’alliage, les éléments de
base et d’addition avec leurs pourcentages relatifs quand c’est possible.
• X5 Cr Ni Mo 17-12
• EN-GJS-600-3
• 42 Cr Mo 4
• EN-GJMB-500-5
• E 335
• S 275
• EN-GJL 250
Désignation des Matériaux
2. Donner la désignation d’une fonte malléable à cœur blanc, dont la résistance
à la rupture par traction est de 700 Mpa et l’allongement après rupture est de
2%.
3. Les deux premiers aciers de la question 1/ dont le pourcentage en carbone
a été identifié sont hypereutectoïdes ou hypoeutectoïdes.

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Exercice N°1:
1. Expliciter les désignations suivantes en donnant le type d’alliage, les éléments de
base et d’addition avec leurs pourcentages relatifs quand c’est possible.
• X5 Cr Ni Mo 17-12 : acier fortement allié avec 0.05 % de carbone et des
éléments d’additions de : Chrome 17%, Nickel 12% et un faible
pourcentage de Molybdène.
• EN-GJS-600-3: Fonte à graphite sphéroïdale avec une résistance à la
rupture 𝑹𝒓 = 𝟔𝟎𝟎 𝑴𝒑𝒂 et un allongement en pourcentage 𝑨% = 𝟑%
• 42 Cr Mo 4: acier faiblement allié avec 0.42 % de carbone et des
éléments d’additions de : Chrome 1 % et quelques traces de
Molybdène.
• EN-GJMB-500-5: fonte malléable à cœur noir avec une résistance à la
rupture 𝑹𝒓 = 𝟓𝟎𝟎 𝑴𝒑𝒂 et un allongement en pourcentage 𝑨% = 𝟓%
• E 335 : acier non allié de construction mécanique avec une résistance
élastique 𝑹𝒆 = 𝟑𝟑𝟓 𝑴𝒑𝒂
• S 275 : acier non allié de construction avec une résistance élastique
𝑹𝒆 = 𝟐𝟕𝟓 𝑴𝒑𝒂
• EN-GJL 250: Fonte à graphite Lamellaire avec une résistance à la
rupture 𝑹𝒓 = 𝟐𝟓𝟎 𝑴𝒑𝒂.
Désignation des Matériaux

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Exercice N°2:
Compléter les informations manquantes du tableau suivant:
Désignation des Matériaux

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Désignation des Matériaux

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Exercice N°3:
Donner la désignation normalisée d’un:
• Acier faiblement allié avec 0,51% de Carbone, 1% de Chrome et 0,1% de
Vanadium
• Acier fortement allié avec 0,02 % de carbone, 18 % de chrome et 8% de
nickel
• Acier non allié à 0 ,8% de carbone
• Acier rapide à 6% de tungstène, 3% de vanadium, 5% de molybdène et 8%
de Cobalt
Désignation des Matériaux

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ESSAI DE TRACTION

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𝐴% ≈ 29%
ѱ ≈ 87°
𝜀 = 0.002
ESSAI DE TRACTION
Corrigé :

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• 𝑹𝒆 ≈ 𝟑𝟓𝟎 𝑴𝑷𝒂
• 𝑹𝒆 𝟎.𝟐 ≈ 𝟑𝟔𝟔. 𝟕 𝑴𝑷𝒂
• 𝑹𝒎 ≈ 𝟔𝟎𝟎 𝑴𝑷𝒂
• 𝑹𝒓 ≈ 𝟓𝟔𝟐. 𝟔𝟐 𝑴𝑷𝒂
• 𝑨% ≈ 𝟐𝟗%
• 𝑬 = 𝐭𝐚𝐧 ѱ =
𝑹𝒆
𝜺𝒆
=
𝟑𝟓𝟎
𝟎.𝟎𝟎𝟏𝟓
= 𝟐𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑. 𝟑𝟑 𝑴𝑷𝒂 = 𝟐𝟑𝟑. 𝟑𝟑 𝑮𝑷𝒂 (𝜺𝒆 ≈ 𝟎. 𝟎𝟎𝟐)
ESSAI DE TRACTION

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ESSAI DE TRACTION
EXERCICE 2 :
On réalise un essai de traction sur une éprouvette d’acier 1060 de longueur 𝑳𝟎 = 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝒎 et
de diamètre 𝑫𝟎 = 𝟏𝟐 𝒎𝒎 d’acier à l’état recuit. Les vues agrandie et générale de la courbe
brute de traction 𝑭 = 𝒇(𝚫𝑳) sont données par les courbes suivantes :

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1. Quelle est la limite proportionnelle d’élasticité 𝑹𝒆 (en 𝑴𝑷𝒂) de l’acier 1060 ?
2. Quelle est la valeur du module d’Young 𝑬 (en 𝑮𝑷𝒂) de l’acier 1060 ?
3. Quelle est la limite conventionnelle d’élasticité 𝑹𝒆 𝟎.𝟐 (en 𝑴𝑷𝒂) de l’acier 1060 ?
4. Quelle est la résistance à la traction 𝑹𝒎 (en 𝑴𝑷𝒂) de l’acier 1060 ?
5. Quelle est la valeur de la déformation permanente 𝑨% après rupture de l’éprouvette ?
ESSAI DE TRACTION
𝑬 =
𝑹𝒆
𝜺𝒆
=
𝑹𝒆
∆𝑳𝒆
𝑳𝟎
=
𝟑𝟓𝟑, 𝟔𝟕
𝟎, 𝟏𝟕
𝟏𝟎𝟎
= 𝟐𝟎𝟖𝟎𝟒𝟏, 𝟏𝟕 𝑴𝑷𝒂

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ESSAI DE TRACTION
Corrigé :
𝑹𝒆 =
𝑭𝒆
𝑺𝟎
=
𝑭𝒆
𝝅. 𝑫𝟎
𝟐
𝟒
=
𝟒𝟎. 𝟏𝟎𝟑
𝝅. 𝟏𝟐²
𝟒
= 𝟑𝟓𝟑, 𝟔𝟕 𝑴𝑷𝒂
𝑬 =
𝑹𝒆
𝜺𝒆
=
𝑹𝒆
∆𝑳𝒆
𝑳𝟎
=
𝟑𝟓𝟑, 𝟔𝟕
𝟎, 𝟏𝟕
𝟏𝟎𝟎
= 𝟐𝟎𝟖𝟎𝟒𝟏, 𝟏𝟕 𝑴𝑷𝒂
𝑹𝒆 𝟎,𝟐 =
𝑭𝒆 𝟎,𝟐
𝑺𝟎
=
𝑭𝒆 𝟎,𝟐
𝝅. 𝑫𝟎
𝟐
𝟒
=
𝟒𝟑. 𝟏𝟎𝟑
𝝅. 𝟏𝟐²
𝟒
= 𝟑𝟖𝟎, 𝟐𝟎 𝑴𝑷𝒂
𝑹𝒎 =
𝑭𝒎
𝑺𝟎
=
𝑭𝒎
𝝅. 𝑫𝟎
𝟐
𝟒
=
𝟖𝟖. 𝟏𝟎𝟑
𝝅. 𝟏𝟐²
𝟒
= 𝟕𝟕𝟖, 𝟎𝟗 𝑴𝑷𝒂
𝑨% =
∆𝑳𝒖
𝑳𝟎
× 𝟏𝟎𝟎 =
𝟐𝟑, 𝟓
𝟏𝟎𝟎
× 𝟏𝟎𝟎 = 𝟐𝟑, 𝟓%
1.
2.
3.
4.
5.

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ESSAI DE RESILIENCE
EXERCICE 3 :
Pour un essai de résilience on a utilisé une machine ayant une masse pendulaire de 𝐌 = 𝟐𝟒 𝒌𝒈
et une longueur de pendule 𝐋 = 𝟏 𝒎.
1. Déterminer l’angle d’écartement initial 𝜶 par rapport à la verticale, sachant qu’on
va lâcher le couteau avec une énergie initiale 𝑾𝟎 = 𝟑𝟎𝟎 𝑱.
2. On a enregistré un angle d’écartement par rapport à la verticale de 𝜷 = 𝟓𝟎°.
Calculer la hauteur maximale 𝒉𝟏 atteinte par la pendule en montée. Déduire l’énergie
absorbée 𝑾𝒂𝒃 par la rupture de l’éprouvette.
3. Déterminer la résilience du matériau 𝑲𝑪𝑼 à la température d’exécution de l’essai,
sachant que l’éprouvette utilisée est du type ISO à entaille en U.
4. Si on considère qu’un matériau est fragile à partir d‘une résilience de 𝑲𝑪𝑼 = 𝟐𝟎𝑱/𝒄𝒎²,
qu’est ce qu’on peut conclure pour le matériau constituant l’éprouvette qu’on a essayée.

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ESSAI DE RESILIENCE
𝒉𝟎
𝒉𝟏
𝜶
𝜷

28. LOGO
ESSAI DE RESILIENCE
𝐿0
𝐿0
ℎ0
ℎ0 = 𝐿0 − 𝐿0 × cos 𝛼

29. LOGO
ESSAI DE RESILIENCE
1. Déterminer l’angle d’écartement initial 𝜶 par rapport à la verticale, sachant
qu’on va lâcher le couteau avec une énergie initiale 𝑾𝟎 = 𝟑𝟎𝟎 𝑱.
𝑂𝑛 𝑎 ∶ 𝑾𝟎 = 𝒎𝒈𝒉𝟎
𝐴𝑣𝑒𝑐 ∶ 𝒉𝟎 = 𝑳 𝟏 − 𝐜𝐨𝐬 𝜶
𝐷𝑜𝑛𝑐 ∶ 𝑾𝟎 = 𝒎𝒈𝑳 𝟏 − 𝐜𝐨𝐬 𝜶
⇒ 𝐜𝐨𝐬 𝜶 = 𝟏 −
𝑾𝟎
𝒎𝒈𝑳
𝐴𝑁 ∶ 𝐜𝐨𝐬 𝜶 = − 𝟎, 𝟐𝟓
⇒ 𝜶 = 𝐜𝐨𝐬−𝟏 −𝟎, 𝟐𝟓 = 𝟏𝟎𝟒, 𝟒𝟕°

30. LOGO
ESSAI DE RESILIENCE
2. On a enregistré un angle d’écartement par rapport à la verticale de 𝜷 = 𝟓𝟎°.
Calculer la hauteur maximale 𝒉𝟏 atteinte par la pendule en montée. Déduire
l’énergie absorbée 𝑾𝒂𝒃 par la rupture de l’éprouvette.
𝑂𝑛 𝑎 ∶ 𝒉𝟏 = 𝑳 𝟏 − 𝐜𝐨𝐬 𝜷
𝐴𝑁 ∶ 𝒉𝟏 ≈ 𝟎, 𝟑𝟔 𝒎
⇒ 𝑾𝒂𝒃 = 𝑾𝟎 − 𝒎𝒈𝒉𝟏
𝐴𝑁 ∶ 𝑾𝒂𝒃 ≈ 𝟐𝟏𝟑, 𝟔 𝑱
3. Déterminer la résilience du matériau 𝑲𝑪𝑼 à la température d’exécution de
l’essai, sachant que l’éprouvette utilisée est du type ISO à entaille en U.
𝑂𝑛 𝑎 ∶ 𝐾𝐶𝑈 =
𝑾𝒂𝒃
𝑺
=
𝟐𝟏𝟑, 𝟔
𝟓 × 𝟏𝟎
= 𝟒, 𝟐𝟕 𝑱 𝒎𝒎𝟐
𝐾𝐶𝑈 = 𝟒𝟐𝟕 𝑱 𝒄𝒎𝟐

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ESSAIS MECANIQUES
3. Essai de dureté
 Dureté : La dureté d'un matériau est définie comme la résistance qu'il
oppose à la pénétration d'un corps plus dur que lui. En d'autres
termes, la dureté dépend de la facilité avec laquelle un corps peut
déformer ou détruire la surface d'un matériau en y pénétrant.

32. LOGO
ESSAIS MECANIQUES

33. LOGO
ESSAIS MECANIQUES