INITIATION AUX TECHNIQUES DE LA MECANIQU

INITIATION AUX TECHNIQUES
DE LA MECANIQUE

Module : Initiation aux Techniques de la Mécanique –OFPPT 1
Métallurgie des métaux
Propriétés physiques des métaux et des alliages
Introduction : Pour fabriquer un objet technique, on utilise un ou plusieurs matériaux. En fonction
de l'usage et du coût de chaque pièce de l’objet technique, on choisira les matériaux. On a donc besoin
de connaître les propriétés des matériaux.
Le choix d'un matériau pour la réalisation d'un objet technique dépend :
des formes à réaliser
du procédé de réalisation disponible
du mode de production qui sera choisi
des propriétés intrinsèques des matériaux disponibles
du coût des matériaux.
Le choix du matériau dépend également du cahier des charges. Le matériau va en effet contribuer à la
réalisation des solutions techniques qui assurent les fonctions principales et contraintes de l'objet.
Il va donc falloir classer les matériaux disponibles en fonction des contraintes du CDCF. C'est ce qu'on
appelle la hiérarchisation des propriétés.
Aujourd’hui, le nombre de matériaux est considérable et en constante croissance. En effet, la science des
matériaux permet de concevoir de nouveaux matériaux adaptés à chaque nouvelle application. On
pourra distinguer deux grandes catégories de matériaux :
Les matériaux de structure, qui seront l’objet de ce cours et qu'on utilise essentiellement pour
leurs capacités à soutenir des sollicitations mécaniques et/ou thermiques.
Les matériaux fonctionnels, qu'on utilise pour leurs propriétés physiques, telles que
conductivité ou semi-conductivité électrique, magnétisme, propriétés optiques …
Familles des matériaux :
Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'Homme façonne pour en faire des
objets. On distingue quatre grandes familles de matériaux (fig. 1).
Les matériaux métalliques : Ce sont des métaux ou des alliages de métaux. (fer, acier,
aluminium, cuivre, bronze, fonte, etc.)
Les matériaux organiques : Ce sont des matériaux d’origine animale, végétale ou synthétiques.
(bois, coton, laine, papier, carton, matière plastique, le caoutchouc, le cuir, etc.)
Les matériaux minéraux : Ce sont des roches, des céramiques ou des verres. (céramique,
porcelaine, pierre, plâtre, verre, etc.)
Les matériaux composites : Ce sont des assemblages d'au moins deux matériaux non miscibles
(fibres de verre, fibres de carbone, contreplaqué, béton, béton armé, kevlar, etc.)
Les membres de la même famille ont des traits communs : propriétés, méthodes de mise en œuvre et
souvent applications.
Propriétés physiques :
Une propriété de matériau est une grandeur intensive généralement avec une unité de mesure qui peut
être utilisée comme métrique de la valeur pour comparer les avantages d'un matériau plutôt qu'un
autre dans un choix de matériaux .
Une propriété du matériau peut être une constante, ou une fonction de plusieurs variables
indépendantes, telles que la température et la pression.
Masse volumique :La masse volumique, aussi appelée densité volumique de masse, est
une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume. Elle est
généralement notée par les lettres grecques ρ(rhô). Elle est déterminée par le rapport =
où mest la masse de la substance homogène occupant un volume V.
Rigidité : Capacité d'un matériau à ne pas se déformer sous l'action d'un effort extérieur.

Module : Initiation aux Techniques de la Mécanique –OFPPT 2
Ductilité : la ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre.
La rupture se fait lorsqu'un défaut (fissure ou cavité), induit par la
déformation plastique, devient critique et se propage. La ductilité est
donc l'aptitude d'un matériau à résister à cette propagation. S'il y
résiste bien, il est dit ductile, sinon il est dit fragile.
Dureté : Degré de résistance d'un matériau à la pénétration par un autre matériau.
Plus un matériau est dur et plus l'empreinte laissée par ce corps est petite.
Pour certains matériaux comme les aciers au carbone, il est possible de corréler
leur dureté et leur limite d'élasticité Re.
À la différence des minéraux dont la dureté est caractérisée par rayage (voir
Échelle de Mohs), on utilise généralement des essais de rebondissement ou de
pénétration pour caractériser la dureté des métaux, des matières plastiques et des
élastomères. Ces essais ont l'avantage d'être plus simples à réaliser et de donner des résultats reproductibles.
Échelle de Mohs
L'échelle de dureté de Mohs fut découverte en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs pour
mesurer la dureté des minéraux. Elle est basée sur dix minéraux aisément disponibles.
Comme c'est une échelle ordinale, on doit procéder par comparaison (capacité de l'un à rayer l'autre) avec
deux autres minéraux dont on connaît déjà la dureté.
Résilience : Caractéristique mécanique définissant la résistance aux chocs d'un matériau. (La
résilience des métaux, varie avec la température, est déterminée en provoquant la
rupture par choc d'une éprouvette normalisée.)
Cet essai est simple, rapide, peu coûteux et est surtout employé comme
moyen de contrôle et pour classer les matériaux les uns par rapport aux
autres. La résilience est fonction de l'énergie développée pour arriver à
briser le matériau.
Conductibilité électrique (La conductivité) : aptitude d’un matériau à plus ou moins laisser passer le
courant électrique. Les matériaux peuvent être conducteurs électriques ou
isolants.
Conductibilité thermique : Capacité d’un matériau à transmettre la
chaleur. La conduction est la seule méthode de transfert de chaleur efficace à
travers les solides opaques. Lorsque l'on chauffe l'une des extrémités d'une barre

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métallique, la chaleur se transmet par conduction à l'autre extrémité plus froide.
La malléabilité : facilité avec laquelle un matériau se laisse façonner,
étendre et aplatir en feuille mince sous un effort de compression
(forgeage, martèlement, laminage). L’aluminium est très malléable ainsi
que l’or, le fer blanc et le plomb contrairement à l’acier. La malléabilité
accroît généralement avec la température.
L’élasticité : il s’agit de la propriété qu’ont les matériaux de se déformer sous
l’action de forces extérieures et de revenir à leur forme de départ dès que cesse
cette action.
Ecrouissage : L'écrouissage est plutôt un état qu'une propriété des matériaux.
Ainsi, il peut être une qualité ou un défaut.
L'écrouissage d'un métal est le durcissement d'un métal sous l'effet de sa déformation plastique
Fusibilité:
La fusibilité est la propriété que possèdent certains corps de passer de l'état solide à l'état liquide sous
l'influence de la chaleur.
La température à laquelle se produit ce phénomène se nomme: point de fusion.
Magnétisme
Classification des matériaux d'après la valeur de leur induction et le sens du champ :
matières ferromagnétiques, diamagnétiques, paramagnétiques ou amagnétiques.
Fragilité
La fragilité désigne la caractéristique d’un métal qui se brise facilement sous
l’effet d’un choc ou d’une déformation. Il se déforme peu ou pas du tout, et se
casse facilement.
L'usinabilité:
Propriété directement liée au travail de coupe par enlèvement de copeaux ou glissement du métal.
Coulabilité :
On appelle la coulabilité la propriété possédée par plusieurs métaux d'épouser étroitement la forme des moules
dans lesquels ils sont introduits après fusion. C'est en quelque sorte la fluidité des métaux fondus