Savez-vous que les métaux sont très peu employés à l’état pur ? Dans la plupart des cas, ils ne pourraient pas être utilisés pour les usages industriels, aéronautiques, alimentaires auxquels ils sont destinés. Raison pour laquelle les métaux sont associés à d’autres éléments pour obtenir un alliage aux propriétés et qualités bien plus performantes.
Qu’est-ce qu’un alliage ? Quels sont les alliages de fer et quelles sont leurs caractéristiques ? Explications à suivre.
Qu’est-ce qu’un alliage de fer ?
Un alliage, c’est l’association d’un métal de base avec un ou plusieurs éléments dits d’alliage ou d’addition. Les différents éléments sont combinés entre eux par fusion de la matière.
Le but de cette combinaison est de palier à la faiblesse de certains métaux purs. L’alliage modifie la structure et les propriétés mécaniques du métal de base : dureté, résistance aux déformations ou à la corrosion.
Les métaux de base sont généralement le fer, le cuivre, l’aluminium. Les matériaux d’alliage, métalliques ou chimiques, peuvent être le carbone, le nickel, le chrome, le zinc, l’argent, l’étain…
Les alliages de fer sont l’acier et la fonte. Les autres alliages métalliques les plus courants sont :
- Les alliages de cuivre : bronze et laiton.
- Les alliages d’aluminium : pour le corroyage et la fonderie, aluminium associé au silicium, cuivre ou zinc.
L’acier, un alliage de fer
L’acier est un alliage de fer obtenu par la fusion du fer et du carbone. D’autres éléments entrent dans sa composition en fonction du type d’acier recherché.
La normalisation NF classe trois familles principales d’aciers : l’acier non allié, l’acier inoxydable et les aciers faiblement alliés. Ces matériaux contiennent en masse plus de fer que les autres éléments d’alliage. La teneur en carbone est inférieure à 2 % ou 2,1 %.
Les propriétés mécaniques des aciers, alliages de fer, sont :
- la dureté ;
- la résistance aux déformations ;
- la résistance aux chocs.
Les aciers non alliés
Les aciers non alliés se caractérisent par une composition faible en carbone. Ce sont les alliages de fer les plus courants. Ils existent avec des qualités diverses et leurs caractéristiques les réservent à des usages particuliers comme le moulage ou le soudage.
La plupart sont disponibles sous forme de produits tels que les profilés, les barres, les tôles, les poutrelles et ont des dimensions normalisées.
Les applications de ces alliages sont très diverses comme la construction navale ou la construction de bâtiments, la chaudronnerie, les carrosseries, l’électroménager, l’ameublement…
Les aciers fortement alliés
Ces alliages de fer appartiennent à la famille des aciers inoxydables. Les éléments d’alliage qui les constituent sont le carbone, le chrome, le nickel. La composition est supérieure à 5 % pour au moins l’un des éléments chrome et/ou nickel, ce qui lui confère son caractère inoxydable.
Ces principales caractéristiques sont :
- la tenue à la température élevée ;
- la ductilité ;
- la résistance à la corrosion et aux chocs ;
- la faible conductivité thermique.
L’acier inoxydable est employé pour la construction automobile, le secteur nucléaire, l’industrie chimique, les transports, l’alimentaire…
Les aciers faiblement alliés
Ces aciers contiennent peu d’éléments d’alliage. Plus fragiles que les autres aciers, ils ont des caractéristiques performantes de soudabilité et formabilité.
Ce type d’acier sert pour la construction mécanique notamment.
La fonte, un alliage de fer
Dans la famille des alliages de fer, il existe aussi la fonte, et même les fontes. La composition élevée en carbone, entre 2 à 4 %, fait de cet alliage un matériau plus fragile. La grande coulabilité de la fonte permet de réaliser des pièces de fonderie complexes.
D’autres éléments d’alliages peuvent lui être ajoutés afin d’améliorer ses propriétés mécaniques, comme le chrome. Le molybdène permet aux fontes de mieux résister aux chocs et le manganèse à la traction.
Quels sont les différents types de fonte ?
Pas moins de cinq types de fontes entrent dans la famille des alliages de fer :
- Les fontes grises : le graphite donne la couleur grise et résistance à la compression et à la corrosion, produits destinés à la construction de blocs moteurs et pièces de bâtis de machine.
- Les fontes blanches : pas de graphite, donc matériau très dur, très fragile, mais résistance à l’usure élevée et utilisé surtout comme matière première.
- Les fontes malléables : matériaux aux caractéristiques proches de l’acier non allié, utilisés pour la construction automobile et la plomberie.
- Les fontes à graphite sphéroïdal : fer, carbone et magnésium, caractéristiques proches de l’acier, bonnes propriétés mécaniques, pièces de moteurs ou tuyaux canalisations.
- Les fontes alliées ou spéciales : fontes aux caractéristiques particulières pour l’industrie.
Quelles sont les propriétés des fontes ?
Les alliages de fer offrent des propriétés mécaniques communes aux différents types de fonte :
- La solidité : le matériau est capable d’absorber l’énergie.
- La dureté : forte résistance à l’abrasion.
- La ductilité : le matériau se déforme sans cassure.
- L’élasticité : propension du matériau à reprendre sa forme après déformation.
Citons également sa forte résistance à la traction, la contrainte et la corrosion.
Mis à part l’acier inoxydable, les alliages de fer sont très sensibles à la corrosion. Pour éviter le phénomène de rouille, ces alliages sont recouverts de traitements de surface : peinture spécifique au métal, galvanisation.
Il existe aussi la technique de métallisation : projection à très haute température d’un matériau métallique pur comme le zinc.
