Matériaux et techniques, cours no 9
Cours no 9
Matériaux et techniques Métaux non ferreux
Un matériau métallique est dit non ferreux quand le fer ne constitue pas un élément important dans sa composition.
Aluminium et alliages
Avec une production mondiale de 25 millions de tonnes, la production de l’aluminium ne représente que 2 % par rapport à la production du fer (acier et fonte). C’est pourtant le deux- ième métal le plus produit (le troisième étant le cuivre dont la production en tonnes est à 56 % de celle de l’aluminium).
Masse volumique
Par rapport à l’acier, l’aluminium est approximativement trois fois plus léger (2,7 g/m).
Résistance à la corrosion
Exposé à l’air, ce métal s’oxyde immédiatement en formant une couche d’alumine à la surface Al2O3. Cette couche est opaque et protège l’aluminium contre une corrosion pro- fonde. Le procédé d’anodisation est une oxydation accélérée qui augmente cette couche de protection. Il est possible d’ajouter des colorants aux surfaces anodisées.
Les cadres d’aluminium des raquettes modernes sont anodisés dans toutes les couleurs (photo de Richard Geof- frion).
Les cadres d’aluminium des raquettes modernes sont anodi- sés dans toutes les couleurs (photo de Richard Geoffrion).
Conductibilité électrique
L’aluminium est un bon conducteur. Par rapport au cuivre (souvent utilisé comme référence pour la conductibilité), l’aluminium a une efficacité de 62 %.
Propriété mécanique
Les propriétés mécaniques de l’aluminium sont faibles. Ces propriétés peuvent être améliorées par écrouissage, par addi- tion d’élément d’alliage et par traitements thermiques.
À l’état recuit, l’aluminium fait preuve d’une excellente duc- tilité.
Propriétés de mise en forme
La température de fusion de 660° Celsius de l’aluminium
permet de réaliser des moulages dans pratiquement tous les procédés de moulage connus.
Les familles d’aluminium
L’aluminium est disponible en deux grandes familles : Les alliages corroyés ;
Les alliages de fonderie.
Les alliages corroyés s’obtiennent sous la forme de profilés en feuille, en plaque ou en barre. L’association internationale d’aluminium définit ces alliages par quatre chiffres. Selon les normes employées, des lettres (avant ou après les chiffres) sont parfois ajoutées. L’emploi de cette dénomination est généralisé en Europe et en Amérique.
Le premier chiffre désigne le type principal d’alliage. La série 000 indique qu’au moins 99 % de la composition est de l’aluminium, la série 2000 indique que l’élément d’alliage principal est le cuivre, 3000 le manganèse, etc. Consultez le site de Wikipedia (http://fr.wikipedia.org/wiki/Alli- ages_d’aluminium_pour_corroyage) pour plus de détail. En examinant les spécifications obtenues au site de « Pro Meto inc. » (http://www.heth.com/cgi-bin/index.cgi?page=c6_0), on constate que cette numérotation est effectivement utilisée en industrie.
Théoriquement la numérotation pour l’aluminium de fonderie est similaire, mais les fournisseurs ne semblent pas utiliser de façon aussi rigoureuse les normes de base de l’association internationale d’aluminium. Selon Wikipedia (http://fr.wikipedia.org/wiki/Alliages_d’aluminium_pour_
fonderie) la norme consiste à utiliser cinq chiffres. Pourtant, quand on consulte des fournisseurs ou des fonderies (comme Paber Aluminium (http://www.paber-alu.com/francais/ser- vice/spec.html) une entreprise québécoise spécialisée dans le moulage de l’aluminium) on constate que (contrairement aux alliages d’aluminium corroyés) la dénomination est loin de respecter ce système à cinq chiffres.
Pour en savoir plus sur l’aluminium et ses alliages, consultez le site de « L’Association de l’aluminium du Canada » (http://
www.aac.aluminium.qc.ca/).
Cuivre et alliages Cuivre
La moitié des applications du cuivre sont liées à son excel- lente conductibilité thermique et surtout électrique (con- ducteur, transformateur, etc.)
À l’état recuit, ses propriétés sont médiocres, mais peuvent être améliorées par écrouissage.
Comme pour l’aluminium, le cuivre a une bonne résistance à la corrosion grâce à une couche de corrosion constituée principalement d’oxydes et de sulfates de cuivre.
Laiton
Le laiton est composé de cuivre et de moins de 40 % de zinc.
Le laiton se prête à la mise en forme et à l’usinage de préci- sion. De plus, il a un bel aspect et il est facile à plaquer. C’est
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pourcentage de zinc qu’il contient.
Bronze
Le bronze est composé de cuivre et d’environ 6 % d’étain. Il a une meilleure résistance mécanique et une meilleure résis- tance à la corrosion marine que le laiton.
Le bronze ne peut pas être mis en forme par déformation plastique quand il a plus de 0 % d’étain, mais c’est un maté- riau bien adapté à la fonderie.
Le bronze est plus cher que le cuivre à cause de l’étain qu’il contient.
Pour en savoir plus sur le cuivre et ses alliages, consultez l’excellent site français « Centre d’Information du Cuivre, Laitons et Alliages » (http://www.cuivre.org/).
Zinc et alliage
La température de fusion du zinc est de 420 °C. La tempéra- ture de fusion peu élevée du zinc en fait un matériau apte au moulage sous pression (dans des moules métalliques perma- nents).
Ce matériau a une bonne résistance à la corrosion et il peut être plaqué.
Les propriétés mécaniques du zinc sont médiocres.
50 % de la production du zinc sert à la galvanisation et à d’autres éléments de protections (peinture riche en zinc). On utilise particulièrement la galvanisation à chaud pour proté- ger l’acier contre la corrosion. Consultez le site de « Corbec » (http://www.corbecgalv.com/french/benefits_fr.html) pour en savoir plus sur la galvanisation à chaud.
Procédé de fabrication
Tous les procédés de fabrication utilisée pour les métaux ferreux peuvent être utilisés pour les métaux non ferreux.
De plus, à cause de leurs points de fusion moins élevés on utilisera plus couramment des procédés de mise en forme demandant l’utilisation de la chaleur.
Extrusion
Le procédé d’extrusion est utilisé pour réaliser des profilés d’aluminium. Ce procédé consiste à faire passer dans une filière une billette chauffée. Idéalement de dessin d’une forme extrudé respectera les règles suivantes :
Les épaisseurs des parois seront constantes ; Les coins seront légèrement arrondis ; Les vides ne seront pas trop étroits.
Pour limiter les couts d’outillage :
La pièce est circonscrite dans le plus petit cercle possible (moins de 250 mm de diamètre) ;
Le profilé est ouvert (ou plein) plutôt que fermé comme un tube (creux).
Consultez le site de la compagnie «Aluminium Laufen S.A.»
(http://www.alu-laufen.ch/index.php?lang=fr&id=48) pour observer un schéma animé du procédé.
Le moulage sous pression
Il est courant de mouler au sable l’aluminium et le bronze, mais pour de plus grandes productions et une meilleure fini- tion, la coulée sous pression peut être utilisée. Dans ce cas, les matières premières les plus courantes sont l’aluminium, le zinc (dont le point de fusion est de 420 °C), le magnésium (que nous n’avons pas abordé ici) et même le laiton.
Contrairement au moulage au sable, le moulage sous pres- sion utilise des moules d’acier réutilisables. La cadence de production est donc beaucoup plus importante. Les règles de dessin des pièces sont similaires à celle du moulage au sable.
On s’assure donc que les épaisseurs sont, le plus possible, constantes et que les coins sont arrondis et concentriques avec les coins correspondants à l’autre paroi. Des dépouilles permettent d’éjecter facilement la pièce du moule.
Consultez le site de la compagnie «Aluminium Laufen S.A.»
(http://www.alu-laufen.ch/index.php?lang=fr&id=0) pour observer un schéma animé du procédé.
La chaise « MISS ALU’ » de la compagnie italienne Pedrali est composée d’éléments en aluminium extrudé et moulé sous pression (photos de Richard Geoffrion).
Matricage
L’aluminium et le laiton sont deux matériaux adaptés au matriçage.
Usinage
Il n’est pas courant d’utiliser l’usinage pour réaliser des pièces en série, mais il y a toujours des exceptions. Ainsi, le laiton de décolletage est particulièrement adapté à un usinage rapide.
On trouve dans pratiquement tous les domaines d’application des pièces tournées réalisées dans ce matériau.
Exercice
En équipe de quatre personnes, adaptez le produit représenté à la page suivante au procédé d’extrusion d’aluminium. Es- sayez aussi de déterminer la forme de l’extrusion. Un seul type d’extrusion doit être utilisé. L’ensemble (fond, fenêtre et extrusion) doit être assemblé à l’aide de vis autotaraudeuse.
Le travail est à présenter au groupe au début du prochain cours.
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