alliage (suite)

Alliages non ferreux

Bien que d’un prix plus élevé que celui des métaux ferreux, ils sont utilisés en raison de leurs caractéristiques particulières, telles que résistance à la corrosion, légèreté, facilité de moulage, propriétés physiques spécifiques, etc. Les grandes familles des alliages non ferreux comprennent :
— les cupro-alliages : bronzes ou cupro-étains, laitons ou alliages de cuivre* et de zinc, cupronickels, cupro-aluminiums, maillechorts ou alliages de cuivre, de zinc et de nickel ;
— les alliages légers, à base d’aluminium* allié au cuivre, au silicium, au magnésium, au zinc, et dont le développement a été lié à celui de l’industrie aéronautique ;
— les alliages ultra-légers, à base de magnésium* faiblement allié au zinc, à l’aluminium et au manganèse, et dont la masse volumique est inférieure de 35 p. 100 à celle des alliages légers et de près de 80 p. 100 à celle des aciers ;
— les alliages de métaux dits « lourds », à base de plomb*, d’étain*, de zinc*, de nickel*, de cobalt*, de chrome* ;
— les alliages de métaux précieux, employés en orfèvrerie, en bijouterie, en monnaie, particulièrement résistants à certains milieux chimiques et à base d’or, d’argent, de platine ou de platinoïdes (iridium, osmium, palladium, rhodium) ;
— les alliages de métaux spéciaux, à base de titane*, de zirconium, de mercure et appelés amalgames.

Alliages pour applications particulières

On peut considérer les alliages non pas d’après leur composition, mais d’après leurs applications plus spécifiques.

• Les alliages antifriction* ont pour objet de faciliter le frottement d’organes de machines en mouvement : ce sont des alliages à base d’étain ou de plomb (alliages blancs ou régules), des alliages cuivreux (bronzes, cupro-plombs), des alliages d’aluminium (aluminium-étain ou aluminium-cadmium) et des alliages à base d’argent.

• Les alliages de frottement, pour lesquels on recherche un haut coefficient de frottement pour constituer des disques de freins ou d’embrayage pour véhicules, sont obtenus par métallurgie des poudres à partir des mélanges complexes de bronze, de fer, de plomb, de graphite et de silice.

• Les alliages fusibles ont un point de fusion inférieur à 100 °C, ce qui permet de les utiliser comme éléments thermiques de sécurité. Leur composition correspond à celle d’un alliage eutectique.

• Les alliages durs sont obtenus par frittage et constitués de carbures métalliques réfractaires à haute dureté, agglomérés par un liant métallique à base de cobalt ou de nickel ; les carbures de tungstène, de titane, de tantale, de molybdène permettent d’obtenir des alliages dont la dureté Vickers atteint 1 600, alors que celle d’un acier trempé n’est que de 700 à 800. Ces alliages s’emploient principalement pour constituer des outils de coupe ou des éléments de pièces d’outillage devant résister à l’usure (outils de mines, poinçons et matrices de découpe, filières, guides, buses de sablage, etc.). Dans cette catégorie se classent également les alliages diamantés, constitués d’un pseudo-alliage à base de fer, de nickel, de chrome, de cobalt, de carbures de tungstène, de titane, auquel est incorporée, par métallurgie des poudres, de la poudre de diamant (égrisé) ; ils permettent le travail et l’usinage de matériaux durs et abrasifs tels que la porcelaine, le verre, les pierres fines et précieuses. (V. frittage.)

• Les alliages de décolletage ont une structure qui facilite considérablement leur usinage, particulièrement par décolletage sur machine-outil pour la production en série ; les laitons et les bronzes au plomb ainsi que les aciers doux au soufre sont les plus utilisés.

• Les alliages résistant à la corrosion et les alliages inoxydables ont des compositions très variées suivant la nature du milieu corrosif (acide, alcalin, oxydant, réducteur, organique, etc.). Les alliages de platine et d’or, résistant à la majorité des agents chimiques, sont utilisés dans l’industrie chimique. L’alliage Monel (30 p. 100 de cuivre, 67 p. 100 de nickel et 3 p. 100 de fer) est employé dans la marine en raison de sa bonne tenue à la corrosion de l’eau de mer. Le chrome et le nickel constituent de nombreux alliages non corrodables et entrent dans la composition des aciers* inoxydables.

• Les alliages réfractaires sont caractérisés par leur tenue à haute température soit à la corrosion (oxydation, gaz corrosifs, sels fondus), soit aux sollicitations mécaniques en fonction du temps (fluage). Ils ont permis des progrès dans le développement continuel des moteurs thermiques, des moteurs à réaction, des turbines à gaz, des appareils thermiques, des fours, etc. Les aciers réfractaires sont alliés au nickel, au chrome, au silicium ou à l’aluminium suivant leur emploi. Les superalliages employés dans l’aviation pour la fabrication des ailettes de turbines, qui doivent subir des températures de l’ordre de 1000 °C, sont à base de nickel*, de chrome* et de cobalt. Les cermets (céramique-métallique), obtenus par les techniques de la métallurgie* des poudres, sont constitués par des produits réfractaires (carbures, oxydes) et des métaux à haut point de fusion (tungstène, molybdène, zirconium).

• Les alliages magnétiques, qui conservent leurs propriétés magnétiques avec le temps, ont des compositions courantes à base de fer, de nickel et de cobalt. Le Ticonal, par exemple, contient 42 p. 100 de fer, 15 p. 100 de nickel, 20 p. 100 de cobalt, 10 p. 100 de titane, 5 p. 100 de cuivre et 8 p. 100 d’aluminium.

• Les alliages pour applications nucléaires entrent dans la constitution des éléments de réacteurs en raison de leurs caractéristiques mécaniques, de leur résistance à la corrosion et à l’oxydation ainsi que de leurs propriétés spécifiques nucléaires. Des éléments combustibles d’uranium allié à 10 p. 100 de molybdène, avec des additions de zirconium, de ruthénium et de palladium, sont stables dans leur emploi jusqu’à 800 °C, alors que l’uranium pur est détérioré à cette température par corrosion, oxydation et grossissement exagéré des cristaux (cyclage thermique et transformations allotropiques). Des alliages à l’état liquide sont utilisés vers 400 à 600 °C comme fluides caloriporteurs réfrigérants des éléments combustibles et récupérateurs d’énergie calorifique ; ce sont principalement des alliages de plomb et de bismuth et des alliages de sodium et de potassium. Le béryllium allié à des éléments stabilisants est utilisé comme modérateur de neutrons. Les gaines d’éléments combustibles nucléaires doivent isoler le combustible, éviter la pollution des circuits de réfrigération par des produits de fission, posséder de bonnes caractéristiques mécaniques à chaud et à la fatigue, enfin n’absorber que très faiblement les neutrons. Des alliages d’aluminium et de silicium, des alliages de zirconium, des alliages de magnésium et de zirconium ainsi que certains aciers inoxydables remplissent ces conditions difficiles.

R. Le R.