métal (suite)

Comportement à la fatigue

Soumis à des sollicitations répétées, des métaux et des alliages se rompent sous des valeurs de contraintes inférieures à la limite d’élasticité après un certain temps de service. On a étudié le comportement des métaux pour des types de sollicitations cycliques différents en amplitude et en signe (sollicitations répétées, alternées, ondulées, pulsées). D’autre part, des méthodes d’essais ont été mises au point suivant le mode d’application de l’effort : tractions ou compressions alternées, tractions puisées, vibrations, chocs répétés, torsions ou flexions alternées, etc. L’essai le plus courant, par flexion rotative d’une éprouvette de forme spéciale tronconique, entraînée en rotation à une extrémité et soumise à une charge de flexion à l’autre extrémité, permet de déterminer la limite de fatigue ou d’endurance. Cette limite est la valeur théorique de la contrainte au-dessous de laquelle il n’y a pas de rupture de l’éprouvette pour un nombre infini de cycles. En fait, on décide d’un nombre de cycles conventionnel : 3 millions pour les aciers, 50 millions pour les alliages à base d’aluminium, etc. Pour un acier spécial traité, la limite de fatigue est de 40 hbar, alors que sa limite d’élasticité est de 120 hbar ; en revanche, dans le cas d’un acier doux, la limite de fatigue est de 23 hbar pour une limite d’élasticité voisine de 26 hbar.

Ces essais de fatigue ont pris une importance particulière dans le choix des alliages et l’étude du profil des organes en construction aéronautique et spatiale, où des pièces sont soumises à des vibrations d’amplitudes très variables suivant les conditions extérieures de travail.

Traitement des métaux

À l’état solide, les métaux et leurs alliages peuvent subir de nombreux traitements pour améliorer leur tenue mécanique en service, leur résistance à la corrosion ou d’autres caractéristiques physiques.

• Les traitements thermiques s’appliquent soit sur les pièces finies, soit sur les pièces ébauchées, ou bien encore sur les semi-produits en cours de transformation et de formage. Le recuit permet, par chauffage suivi de refroidissement lent, de ramener la structure cristalline dans son état de stabilité physico-chimique, par exemple en détruisant la structure d’écrouissage, en rétablissant une structure normale ou en supprimant des tensions internes dangereuses. La trempe, ou refroidissement rapide après chauffage, confère au métal ou à l’alliage des caractéristiques particulières, généralement une augmentation de dureté, comme cela se produit pour les aciers, mais parfois une meilleure malléabilité, comme le fait se rencontre avec certains alliages de cuivre. Le durcissement par trempe entraîne une moindre capacité de déformation avec de faibles allongements de rupture et une plus grande fragilité ; d’où l’intérêt de pratiquer après trempe un traitement de revenu qui atténue l’effet de la trempe et permet d’obtenir un meilleur compromis de propriétés.

Le durcissement structural, ou maturation, appelé aussi vieillissement lorsqu’on opère à température voisine de la température ambiante, permet, dans des alliages à base d’aluminium, d’obtenir des caractéristiques intéressantes, ce qui a contribué au développement de ces alliages dans la construction aéronautique.

• Les traitements physico-chimiques modifient la composition et, par conséquent, les propriétés de préférence en surface des pièces métalliques. Ainsi, tout en conservant une structure d’acier doux de faible dureté, on peut obtenir une surface à haute dureté par diffusion de carbone par cémentation (solide, liquide, gazeux) ou d’azote par nitruration, ou de ces deux éléments combinés par carbonitruration ou par cyanuration ; d’autres éléments durcissants ou qui améliorent les propriétés superficielles des métaux (frottement) sont utilisés dans des traitements divers (sulfuration, chromisation, boruration).

Des traitements de surface par métallisation appliquée par immersion dans des bains métalliques fondus ou par projection au pistolet ont pour objet la protection contre l’action corrosive (galvanisation, étamage, calorisation). De même, les traitements électrolytiques permettent le dépôt de fines couches de métaux protecteurs tels que le nickel, le chrome, le cadmium, l’étain, etc. Les pièces métalliques subissent souvent un traitement final de coloration pour non seulement modifier leur aspect, mais aussi améliorer leur tenue à la corrosion ; ainsi, certaines oxydations colorantes protègent par le dépôt d’un film d’oxyde protecteur. Dans le cas particulier de l’aluminium, l’oxydation anodique permet la formation d’un film incolore protecteur d’alumine.

R. Le R.

Quelques savants

Georg Bauer,

dit Agricola, médecin et chimiste saxon (Glauchau 1494 - Chemnitz 1555). Établi médecin à Sankt Joachimstahl (auj. Jáchymov), Agricola s’est intéressé toute sa vie à la minéralogie et à la métallurgie. Il nous est surtout connu par son œuvre De re metallica (1546). Ce traité donne une intéressante description des connaissances géologiques, minières et métallurgiques du début du xvi^e s. Il nous renseigne sur l’extraction des minerais, leurs traitements chimiques et l’affinage des métaux.

Léon Guillet,

métallurgiste français (Saint-Nazaire 1873 - Paris 1946). Ingénieur des Arts et Manufactures, Guillet fut nommé en 1906 professeur de métallurgie au Conservatoire des arts et métiers ; en 1923, il prenait la direction de l’École centrale. Créateur de nombreux laboratoires industriels, il est l’auteur de travaux se rapportant aux alliages, notamment aux aciers spéciaux, aux bronzes et aux laitons additionnés d’éléments divers et soumis à différents traitements thermiques. (Acad. des sc., 1925.)

Floris Osmond,

métallurgiste français (Paris 1849 - Saint-Leu 1912). Ingénieur des Arts et Manufactures, il travailla principalement au laboratoire du Creusot. Utilisant la métallographie microscopique et l’analyse thermique, il étudia particulièrement le phénomène de trempe de l’acier ; il établit en 1894 l’existence de points de transformation et précisa la nature des constituants des produits sidérurgiques.

➙ Acier / Alliage / Élaboration / Métallographie / Métallurgie / Revêtement / Traitement.