Les alliages se composent de plusieurs éléments chimiques, d’origine métallique ou non. Ils possèdent souvent des propriétés améliorées par rapport aux métaux purs, notamment une meilleure résistance mécanique ou face à la corrosion. Souvent réalisés à base de fer, de cuivre, de nickel, de titane ou d’aluminium, ils constituent des matériaux à part entière dotées de caractéristiques bien spécifiques.
Pourquoi fabriquer des alliages ?
Un alliage représente l’association de plusieurs éléments chimiques pour former un matériau final. Fabriqués à partir de métaux purs, ils peuvent tout à fait contenir des composants non métalliques, dont le mélange engendre la création de nouvelles matières. L’acier, par exemple, constitue un alliage de fer et de carbone.
La plupart du temps, les alliages présentent de meilleures propriétés mécaniques ou physiques que les métaux purs. Le processus d’association modifie inévitablement certaines caractéristiques des composants. Pour fabriquer de la fonte, on associe du fer, dont le point de fusion se situe à 1 538 degrés Celsius, avec du carbone, pour lequel cette valeur s’avère moins élevée. La fonte affiche ainsi un point de fusion abaissé aux alentours de 1 250 degrés. Cependant, contrairement aux idées reçues, le fait d’associer plusieurs éléments chimiques ne sert pas à obtenir une combinaison et encore moins une moyenne de leurs propriétés, mais bel et bien un matériau entièrement différent.
Le résultat obtenu à la suite d’un alliage possède, de fait, des propriétés physiques et mécaniques radicalement différentes de celles des métaux purs. L’acier, par exemple, qui associe du fer et du carbone, présente de bien meilleures performances mécaniques, en moyenne 5 à 10 fois supérieures à celles du fer pur. De même, les alliages d’aluminium, de leur côté, se révèlent 2 à 3 fois plus résistants que l’aluminium seul.
Les alliages les plus fréquents
Les alliages métalliques plus fréquemment rencontrés restent sans doute ceux réalisés à base de fer, de cuivre, de nickel, de titane et d’aluminium.
Les différents aciers et notamment les aciers inoxydables constituent certainement les alliages à base de fer les plus célèbres. Très polyvalents, ils affichent une excellente résistance à la corrosion et à l’usure. Les alliages de titane se trouvent surtout dans le médical, l’aéronautique ainsi que dans les industries des sports et loisirs, notamment en raison de leur légèreté.
D’un autre côté, les alliages à base de nickel appelés inconels se révèlent également très utilisés dans l’industrie en raison de leurs excellentes performances mécaniques et à la corrosion. L’association du nickel avec du cobalt ou du chrome augmente considérablement la résistance mécanique et à chaud de ces matériaux. De ce fait, les inconels s’emploient beaucoup dans le milieu aéronautique, notamment pour la fabrication de moteurs. Il existe également des alliages à base de cuivre et de nickel, appelés cupronickels. D’autres alliages de cuivre permettent d’obtenir du laiton ou du bronze, grâce à l’association avec du zinc ou de l’étain. Le cuivre représente d’ailleurs l’un des principaux composants d’un alliage utilisé par la grande majorité des humains : le maillechort. Constitué de cuivre, de zinc et de nickel, ce dernier sert à fabriquer les pièces de monnaie et médailles car il s’agit d’un alliage inaltérable, couleur argent, très résistant à la corrosion et très malléable.
Des variantes plus rares
Certains alliages plus rares possèdent des propriétés surprenantes. Réalisés à partir de titane, de nickel ou de cuivre, ils peuvent subir plusieurs déformations et, suite à un simple chauffage, retrouver leur aspect initial. Il s’agit des alliages à mémoire de forme. La conception de ces matériaux repose sur la transformation de leur structure cristalline. Ces alliages, encore assez méconnus, servent notamment à la fabrication d’antennes satellites, très longues, qui nécessitent d’être pliées lors de leur transport. Une fois sur place, il suffit de les réchauffer pour qu’elles se redressent d’elles-mêmes et prennent leur forme finale.
Quels traitements thermiques pour les alliages ?
À la différence des métaux purs, les alliages renferment beaucoup d’éléments chimiques variés. Il paraît donc assez logique qu’ils ne tolèrent pas tous les différents traitements thermiques de la même manière.
Traitements thermiques d’adoucissement
Les traitements thermiques d’adoucissement servent à rendre les pièces plus malléables en vue d’une déformation ou d’un prochain usinage. Il en existe plusieurs et tous semblent convenir aux différents alliages existants. En revanche, les traitements thermiques de durcissement ne sont pas tous supportés par les alliages.
Traitements thermiques de durcissement
Si tous les alliages peuvent subir des traitements thermiques d’adoucissement, ils ne supportent pas aussi bien les opérations de durcissement. Ces dernières ont notamment pour objectif de renforcer la résistance mécanique des matériaux. Les procédés de durcissement englobent à la fois les traitements thermochimiques et la trempe martensitique. Les premiers consistent à diffuser des atomes à la surface des pièces, ce qui engendre la création de nouveaux alliages de surface qui conduisent à un durcissement superficiel. La trempe, quant à elle, agit directement sur la structure cristallographique de la pièce. Dans le cadre d’alliages, on pratique la trempe martensitique, qui favorise l’apparition de martensite, constituant de grande dureté. Pour certains alliages le mécanisme de durcissement est lié à l’apparition de précipités très durs : il s’agit du durcissement structural.
Or, seules certaines familles d’alliages bien spécifiques peuvent recevoir des traitements thermochimiques ou de trempe martensitique. À titre d’exemple, sur les différentes familles d’alliages d’aluminiums existants, seules les séries 2000, 6000 et 7000 peuvent subir ce type d’opérations car le traitement thermique de ces matériaux engendre l’apparition d’un précipité durcissant. Les autres alliages d’aluminium ne formant pas de précipité dur ne peuvent être durcis par traitement thermique.
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