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Université Hassiba Benbouali de Chlef

Département de Génie Civil

Polycopié de

Technologie de Base

Réalisé par

Docteur

MEZIANE EL Hadj

Novembre 2017

Table des Matières

Chapitre 1 : Matériaux

1B1B HQPURGXŃPLRQ """"""""""""""""""""""""""""""""BB 02

1.2. Métaux et alliages et leurs désignations """"""""""""""""""B 02

1.2.1. Symboles métallurgiques"""""""""""""""B"""""""""" 02

a. Aluminium et alliages G

MOXPLQLXP """"""""B"""""BB"""""BB 03

b. Cuivre et alliages de cuivre """"""""""B""B"""""BB""""" 06 c. Fer HP MOOLMJHV IHUUHX[""""""""B"""""""""""""BBBB"""" 06 d. Zinc HP MOOLMJHV GH ]LQŃ""""""""B"""""""""""""BB"B""" 07

1.3. Matière plastique""""""""B""""""""""""""""""""""B 08

1.4. Matériaux composite""""""""B""""""""""""""""""B"" 09

sans enlèvement de matière

1. Introduction"""""""B""""""""""""""""""""BB""BB"B"" 11

2. Réalisation par moulage """""""B"""""""""""""BB""""B"" 11

2.1. Moulage en sable """""""B"""""""B""""""""BB""""" 15

2.2.1. Le sable de moulage """""""B""""""""""""BB"""""BB 18

3. Le Forgeage """""""B"""""""""""""""""B"""""""BB"B 18

3.1. Forgeage libre " """"B"""""""""""""""B""""" 18

4. Estampage- Matriçage """""""""""""""""""""""BB"" 19

5. Laminage """"""""""""""""""""""""""""""BB""B 19

$XPUHV PpPORGHV """""""""""""""""""""""""""""BB""" 20 par enlèvement de matière

1B GpILQLPLRQ """""""""""""""""""""""""""""B""BB""" 22

2B *pQpUMPLRQ GH VXUIMŃH """""""""""""""""""""""""BB""BB 22

3B IHV PMŃOLQHV """""""""""""""""""""""""""""""""B 27

3B1B )UMLVHXVH FHQPUH G

XVLQMJH """""""""""""""""""BB"""BB 28

3B2B 7RXU """"""""""""""""""""""""""""""""BB""" 28

4B IHV RXPLOV """""""""""""""""""""""""""""""BB"""BB 29

4B1B IHV RXPLOV M[LMX[""""""""""""""""""""""""""BB""" 29

4B2B IHV RXPLOV GH PRXUQMJHV """""""""""""""""""""BB"""" 29

4B3B IHV RXPLOV GH IUMLVMJH """"""""""""""""""""""BB"""" 31

DB IHV SMUMPqPUHV GH ŃRXSH """""""""""""""""""""""BB""" 31

6B IM JMPPH OM SOMVH """"""""""""""""""""""""BB""""BB 32

7. La miVH HQ SRVLPLRQ 0H3 HP OH PMLQPLHQ HQ SRVLPLRQ 0$3"""""""""B 33

8B IM ŃRPMPLRQ GH IMNULŃMPLRQ """"""""""""""""""""B"BB""""BB 36

EB IH ŃRQPUMP GH SOMVH"""""""""""""""""""""""""BB""BB"BB 38

10B IH SHUoMJH""""""""""""""""""""""""""BB"""""""BB 41

10.1. GpILQLPLRQ"""""""""""""""""""""""""B"""""""BB 41

10B2 B3ULQŃLSH""""""""""""BB"""""""""B"""""""""""BB 41

10B4B IHV 0MPpULHOV""""""""""""""""""""""""""""""BB 41

10.5. La forêt hélicoïGMOH"""""""""""""BB"""""""""B""""BB 41

4B1B HQPURGXŃPLRQ """"""""""""""""""""""""""""""""" 43

4B2B IHV MVVHPNOMJHV MPRYLNOHV """""BB""""""""""""""""BB"" 43

4B2B1B IHV MVVHPNOMJHV j YLV HP j NRXORQV """""BB"""""B""""BB"" 43

4B2B2B IHV ILOHPV UMSSRUPpV """""BB""""""""""""""""""""" 44

4B2B3B IHV pŃURXV"""""BB"""""""""""""""""""""""""" 45

4B2B4B IH ŃRXSOH GH VHUUMJH """""BB"""""""""""""""""""" 45

4B2BDB IHV IRUPH GHV ULYHPV"""""BB"""""""""""""""""BB""" 47

4B2B6B IHV PMPpULMX[ GHV ULYHPV"""""BB"""""""""""""BB"BB""" 48

4B2B7B IH ULYHPMJH"""""BB""""""""""""""""""""BB""""" 48

4B3B1B IM GpILQLPLRQ GX NUMVMJH """""""""""""""""BB"""BB"" 48

4B3B2B IM VpŃXULPp MX PUMYMLO """""""""""""""""BB"""""BB"" 49

4B3B3B IHV SURŃpGpV GH NUMVMJH """""""""""""""""BB""BB""" 49

4B3B 6RXGMJH """""""""""""""""BB"""""""""""""BB"""B 50

4B3B1 B*pQpUMOLPpV """""""""""""""""BB"""""""""BB"""B 50

M IH VRXGMJH MXPRPMPLTXH """"""""""""""""""BB""""BB 50 N IH VRXGMJH OpPpURJqQH """""""""""""""""BB"B""B""B 51

4B3B2B IHV MYMQPMJHV PHŃOQLTXHV HP pŃRQRPLTXHV GX VRXGMJH VRQP ""B""B 52

4.3.3. ClassificatLRQ JpQpUMOH GHV SURŃpGpV GH VRXGMJH """"""B""""B 52

1B 6RXGMJH R[\MŃpP\OpQLTXH """"""""""""""""""""""""""" 52

a- 6RXGMJH HQ MPPRVSOqUH LQHUPH 7BOB* """"""""""""""""""B 53 b- SoudaJH MYHŃ pOHŃPURGH HQURNpH """"""""""""""""""B""" 53 c- 6RXGMJH MYHŃ ILO pOHŃPURGH VRXV SURPHŃPLRQ JM]HXVH 0BHB* 0B$B* """ 53 d- 6RXGMJH MYHŃ ILO pOHŃPURGH VRXV IOX[ HQ SRXGUH """""""""""""BB 53

3B 6RXGMJH SMU UpVLVPMQŃH pOHŃPULTXH """"""""""""""""""""""B 53

a- 6RXGMJH SMU SRLQPV """""""""""""""""""""""""""BB 53 b- 6RXGMJH j OM PROHPPH """"""""""""""""""""""""""BB 54 c- 6RXGMJH HQ NRXP SMU pPLQŃHOMJH """"""""""""""""""""" 54 d- 6RXGMJH SMU LQGXŃPLRQ """""""""""""""""""""""""" 54 e- 6RXGMJH SMU IULŃPLRQ """""""""""""""""""""""""""B 54 f- $OXPLQRPOHUPLH """""""""""""""""""""""""""""" 54 g- 6RXGMJH SMU XOPUMVRQV """""""""""""""""""""""""" 54

4B3B4B IH VRXGMJH R[\MŃpP\OpQLTXH """""""""""""""""""""". 54

4B3BDB1B I

MUŃ pOHŃPULTXH """"""""""""""""""""""""B""BB 56

4B3BDB2 IHV SRVPHV GH VRXGMJH """""""""""""""""""""""B 57

Chapitre 1 : Matériaux

Chapitre 1 : Matériaux 2

1.1. Introduction

Un matériau désigne toute matière utilisée pour réaliser un objet au sens large. Ce dernier

est souvent une pièce d'un sous-ensemble. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et en vue d'un usage spécifique. La nature chimique, la forme physique (phases en présence, granulométrie et forme

des particules, par exemple), l'état de surface des différentes matières premières, qui sont à la

base des matériaux, leur confèrent des propriétés particulières. On distingue ainsi quatre

grandes familles de matériaux.

En science des matériaux, par exemple, " matériau » est un terme générique employé dans le

sens de matière, substance, produit, solide, corps, structure,

liquide, fluide, échantillon, éprouvette, etc., et désignant notamment l'eau, l'air, et le sable

(dans des tableaux de caractéristiques) ; un matériau viscoélastique est souvent qualifié de

" fluide à mémoire ».

1.2. Métaux et alliages et leurs désignations

En métallurgie, la désignation des métaux et alliages est la désignation normalisée des

matériaux métalliques, à indiquer par exemple sur les dessins de pièces.

1.2.1. Symboles métallurgiques

Jusque dans le années 1990, on utilisait en France de symboles dits " métallurgiques »

pour indiquer les éléments chimiques dans les alliages. Ces symboles étaient utilisés dans

plusieurs normes, par exemple la norme NF A 02-004 pour les alliages d'aluminium ou la norme NF A 35-573/4 pour les aciers.

Élément

Aluminium

Bore

Chrome

Étain

Magnésium

Cobalt

Manganèse

Nickel

Silicium

Titane

Cuivre

Zinc

Symbole

chimique Al B Cr Sn Mg Co Mn Ni Si Ti Cu Zn

Symbole

métallurgique A B C E G K M N S T U Z

Chapitre 1 : Matériaux 3

a. Aluminium et alliages d'aluminium

Il s'agit des alliages destinées à être transformés par déformation (laminage, forgeage, filage

etc).

¾ Désignation numérique

Les alliages d'aluminium pour corroyage sont référencés par une désignation de 4 chiffres.

Cette désignation est conforme aux directives de l'Aluminium Association (Washington DC

20006, États-Unis), ce qui donne par exemple : 7075. Les quatre chiffres sont parfois

précédés par les lettres AA (exemple : AA 6061), acronyme de " Aluminium Association ». Les quatre chiffres sont parfois suivis par une lettre qui indique une variante nationale d'une composition existante.

Cette désignation a été reprise en Europe par la norme EN 573-3 en ajoutant les préfixe EN, A

(aluminium) et W (Wrought : mot anglais signifiant corroyage). Ce qui donne EN AW-7075. Dans les faits, très souvent, seuls les quatre chiffres sont utilisés.

Cette notation à quatre chiffres est très usitée internationalement et a dans la pratique

remplacé les anciennes appellations nationales. Le premier chiffre indique l'élément d'addition principal de l'alliage :

1XXX (série des 1000) : alliage comportant au minimum 99 % d'aluminium

(exemple : 1050)

2XXX (série des 2000) : cuivre (exemple 2024)

3XXX (série des 3000) : Manganèse (exemple : 3003)

4XXX (série des 4000) : silicium (exemple : 4006)

5XXX (série des 5000) : magnésium (exemple : 5083)

6XXX (série des 6000) : magnésium, silicium (exemple : 6061)

7XXX (série des 7000) : zinc (exemple : 7020)

8XXX (série des 8000) : autres éléments.

Le deuxième chiffre indique une variante (exemple : 7075 comporte 0,50 % de fer et le 7175 plus pur comporte 0,20 % de fer). Les troisième et quatrième chiffres sont des numéros d'ordre et servent à identifier l'alliage.

Chapitre 1 : Matériaux 4

La seule exception est la série 1000, ces deux derniers chiffres y indiquant le pourcentage d'aluminium (exemple : 1050 qui comporte au minimum 99,50 % d'aluminium).

¾ Désignation ISO

Il s'agit d'une désignation utilisant les symboles chimiques dite souvent ISO (suivant ISO 209-

1 : aluminium et alliages d'aluminium corroyés - Composition chimique et formes des

produits. Partie 1 : composition chimique).

Elle est très peu usitée.

Exemple : Al Cu4 Mg Si

¾ Désignation alphanumérique Européenne Il existe une norme européenne qui décrit des appellations très proches des appellations de type ISO. Cette norme porte la référence EN 573-2 (Aluminium et alliages d'aluminium - Composition chimique et forme des produits corroyés - Partie 2 : système de désignation fondé sur les symboles chimiques). En principe, cette appellation ne doit pas être utilisée seule mais doit être mise derrière l'appellation numérique, entre crochets.

Elle est très peu usitée.

Exemples : EN AW-2024 [Al Cu4Mg1], EN AW-6060 [Al Mg Si], EN AW-7075 [Al Zn5,

5MgCu] (désignation exacte suivant la série de norme EN 573).

Il s'agit des alliages destinés à être transformés par moulage (fonderie d'aluminium).

¾ Désignation numérique

Les alliages d'aluminium pour fonderie sont référencés par une désignation de 5 chiffres.

Cette désignation a été reprise en Europe par la norme EN 1780-1 en ajoutant les préfixe EN,

A (aluminium) et C (casting : mot anglais signifiant fonderie). Ce qui donne EN AC-43100 par exemple. Dans les faits, très souvent, seuls les cinq chiffres sont utilisés.

Cette notation à cinq chiffres est usitée internationalement mais la France reste plutôt attachée

à une ancienne désignation décrite plus bas.

Chapitre 1 : Matériaux 5

Le premier chiffre indique l'élément d'addition principal de l'alliage : (série des 20000) : cuivre (exemple 21000) (série des 40000) : silicium (exemple : 43300) (série des 50000) : magnésium (exemple : 51200) (série des 70000) : zinc (exemple : 71000)

Le deuxième chiffre indique le groupe de l'alliage. Cette notion de groupe est utilisée pour les

alliages normalisés (EN 1706). Chaque groupe présente un ensemble de caractéristiques

mécaniques et/ou physiques similaires. Par exemple les alliages du groupe AlSi ont une

composition proche de l'eutectique aluminium-silicium (12,6 % en masse) ce qui leur confère une excellente aptitude à la coulée. Les trois chiffres suivant indiquent une variante (exemple : 43100 comporte 0,10 % de cuivre et le 43200 plus pur comporte 0,35 % de cuivre, les proportions de zinc et nickel, de plomb et

de titane varient aussi entre ces deux alliages, dans des proportions similaires). Les trois

chiffres suivant sont des numéros d'ordre et servent à identifier l'alliage.

¾ Désignation chimique

Il s'agit d'une désignation utilisant les symboles chimiques (suivant EN 1780-2 : Aluminium

et alliages d'aluminium - Système de désignation applicable aux lingots pour refusion en

aluminium allié, aux alliages-mères et aux produits moulés - Partie 2 : système de désignation

basé sur les symboles chimiques.).

Elle est très peu usitée.

Exemple : Al Cu4 Mg Ti pour le 21000

¾ Ancienne désignation française

Cette désignation était décrite dans la norme NF A 02-004 (annulée). Elle s'appuyait sur une

codification des éléments chimiques différente de la nomenclature habituelle chimique

(aluminium : A, cuivre : U, zinc : Z, etc). Elle donnait également une indication sur les

Chapitre 1 : Matériaux 6

Exemple A-U5GT pour le 21000. On notera une nuance entre ces deux désignations, l'une indiquant AlCu4MgTi et l'autre A-U5GT pour cet alliage dont la teneur en cuivre est comprise entre 4,20 % et 5,00 %. Cette appellation est encore très utilisée en France pour les alliages de fonderie. b. Cuivre et alliages de cuivre

Cuivres

Exemple : Cu-ETP

Alliages de cuivre

Exemple : Cu Zn39 Pb2

c. Fer et alliages ferreux

¾ Fontes

Fontes à graphite lamellaire (non alliées)

Par exemple: EN-GJL-350

o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJL: Fonte à graphite lamellaire o 350: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa) Fontes à graphite sphéroïdal (non alliées)

Par exemple: EN-GJS-450-10

o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJS: Fonte à graphite sphéroïdal o 450: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa) o 10 : Allongement après rupture en %

Fontes malléables (non alliées)

Par exemple: EN-GJMB-550-4

o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJMB o 550: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa) o 4: Allongement après rupture en %

Chapitre 1 : Matériaux 7

autre exemple: EN-GJMW-380-12 o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJMW o 380: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa) o 12: Allongement après rupture en %

Fontes austénitiques (alliées)

Par exemple: EN-GJS Ni Cr 30-1

o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJS: Fonte à graphite sphéroïdal alliée o Ni: Nickel avec 30 % o Cr: Chrome avec 1 % par exemple: EN-GJN Cr15Mo Ni o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJN: Fonte blanche alliée o Cr: Chrome avec 15 % o Mo: Molybdène avec quelques traces o Ni: Nickel avec quelques traces

¾ Aciers

Aciers d'usage général

Aciers spéciaux (non alliés) pour traitement thermique

Aciers faiblement alliés

Aciers fortement alliés

Aciers de constructions

d. Zinc et alliages de zinc

Exemple : Z - A4G (cependant, on utilise fréquemment la désignation " ZL » pour Zinc-

aluminium suivie de la teneur arrondie en aluminium de l'alliage).

Il est utilisé pour le revêtement, en tôle, ou pour la galvanisation (on recouvre de zinc), et sous

D'une manière générale, les alliages de zinc normalisés en fonderie sont des alliages zinc-

aluminium avec des teneurs variables en aluminium (de 4 à 30 %), de faibles additions de magnésium (de 0,012 à 0,06 %) et de cuivre (de 0 à 3 %). Les alliages ZL3, ZL5 et ZL2 (zamak) sont essentiellement utilisés en moulage sous pression (pour les pignons et les fermetures éclairs par exemple), ils représentent environ 95 % du marché.

Chapitre 1 : Matériaux 8

Leur composition est définie par les normes NF EN 1774 " Zinc et alliages de zinc - Alliages

pour fonderie - Lingots et liquide » et NF 12844 "Zinc et Alliages de zinc - Pièces moulées -

Spécifications", ainsi que la norme internationale ISO 301. Les alliages Kayem utilisés pour la fabrication économique d'outillages de presse (outils de découpe et d'emboutissage, , de thermoformage des matières plastiques).

Les alliages ZL8, ZL12 et ZL27 avec:

o Le ZL8 qui apporte une bonne tenue en température, présente un ensemble de propriétés mécaniques d'un très bon niveau et qui est modulable sur les machines à chambre chaude, o Le ZL12 (ILZRO 12) principalement utilisé dans la réalisation de prototypes ou de préséries de pièces qui seront ensuite réalisées en Zamak par moulage sous pression, o Le ZL27 qui se caractérise par une charge de rupture élevée (de 400 à 450 MPa). C'est le seul alliage susceptible de recevoir un traitement thermique d'homogénéisation qui améliore sa ductilité. Il existe également d'autres alliages spéciaux qui répondent à des exigences particulières de résistance au frottement ou de tenue en température

1.3. Matière plastique

Une matière plastique, ou en langage courant un plastique, est un mélange contenant

une matière de base (un polymère) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à

chaud et sous pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet.

Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères

synthétiques ou artificiels. On peut observer aujourd'hui sur un même matériau des propriétés

qui n'avaient jamais auparavant été réunies, par exemple la transparence et la résistance aux

chocs.

Généralement, les polymères industriels ne sont pas utilisés à l'état " pur », mais

mélangés à des substances miscibles ou non dans la matrice polymère.

Chapitre 1 : Matériaux 9

Structure typique d'une formule : matière plastique = polymère(s) brut(s) (résine(s) de

base) + charges + plastifiant(s) + additifs.

Il existe un grand nombre de matières plastiques ; certaines connaissent un grand succès

commercial. Les plastiques se présentent sous de nombreuses formes : pièces moulées par

injections, tubes, films, fibres, tissus, mastics, revêtements, etc. Ils sont présents dans de

nombreux secteurs, même dans les plus avancés de la technologie.

1.4. Matériaux composite

Un matériau composite est un assemblage d'au moins deux composants non miscibles (mais

ayant une forte capacité de pénétration) dont les propriétés se complètent. Le nouveau

matériau ainsi constitué, hétérogène, possède des propriétés que les composants seuls ne

possèdent pas.

Ce phénomène, qui permet d'améliorer la qualité de la matière face à une certaine utilisation

(légèreté, rigidité à un effort, etc.) explique l'utilisation croissante des matériaux composites

dans différents secteurs industriels. Néanmoins, la description fine des composites restes

complexe du point de vue mécanique de par la non-homogénéité du matériau. Un matériau composite se compose comme suit : matrice + renfort + optionnellement : chargequotesdbs_dbs31.pdfusesText_37

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