1- Familles

Le monde des matériaux est vaste. Il se compose de métaux, plastiques, céramiques, élastomères ou encore composites de ces derniers. Il est à la source de la technologie et du monde industriel.

Survolez les familles ci-dessous pour en savoir plus

Matériaux metalliques	Ferreux Non ferreux
Matériaux polymères	Naturels Synthétiques
Matériaux céramiques	Usuels Techniques
Composites

Métaux : Ils présentent des caractéristiques mécaniques très élevées (comme la rigidité ou la dureté), y compris à des hautes températures.

Plastiques : On distingue 2 familles :

THERMOPLASTIQUES (plexiglas PMMA, PVC) ; sous l'effet de la chaleur, se ramollissent et se resolidifient de façon réversible.

THERMODURCISSABLES (polyester UP, polyuréthane PUR) ; mis en oeuvre sous réaction chimique et donc ne peuvent pas être remodelés.

Céramiques : Elles sont utilisées dans la fibre optique, les outils de coupe (en productique), comme abrasifs, isolants, écran thermique, prothèses osseuses...

Composites : Ils sont composés d'un matériau de base appelé MATRICE (polymère, céramique ou métal) et d'un renfort (fibre, agrégats...). Les deux corps, de structure différente, ne se mélangent pas mais s'associent : béton armé (béton + armature métallique) ; pneumatique (élastomère + toile + fils d'acier).
Composites à matrices polymères : le renfort peut être de la fibre de verre (économique), de la fibre de carbone (applications pointues car coûteuse) ou de la fibre organique (comme le kevlar, compromis entre les deux premiers).

2- Constitution de la matière

A une échelle trés réduite, la matière est constituée d'atomes assemblés les uns aux autres pour former des mollécules.

Métaux : Les atomes s'assemblent de trois façons différentes : on parle alors de structures cristallines des métaux.

Dans le tableau ci-dessous, survolez les types de maille,
les propriétés physiques pour en savoir plus

TYPE DE MAILLE	Cubique centré	Cubique face centrée	Héxagonal compact
VOLUME des atomes	4 atomes / maille V = 0,68(a ³) a = côté du cube	2 atomes / maille V = 0,74(b ³) b = côté du cube	6 atomes / prisme V = 0,74 volume de la maille
EXEMPLES	Fer , Mn, Cr, W, Mo, V, Nb, Li, Zr, Ta, Ba, Ti (>882°C)	Fer , Al, Cu, Ag, Co, Pb, Ni, Au, Pt, Sr...	Mg, Zn, Cd, Be, Co (<419°C), Ti (<882°C)
PROPRIETES	Haute résistance, peu ductile	Résiste au cisaillement, très ductile	Haute résistance, peu ductile

Les métaux utilisés dans l'industrie sont souvent des alliages, c'est à dire des mélanges de différents métaux purs. Cela permet d'améliorer les caractéristiques.

Plastiques, élastomères : Les atomes sont liés les uns aux autres selon un motif se répétant un grand nombre de fois pour créer de longues "chaînes", généralement souple, d'où la grande élasticité de certains plastiques.

Survolez l'image ci-dessous, pour en voir plus

chaîne de polyéthylène (du PEHD) : le motif est composé de 4 atomes d'hydrogène (H) et de 2 atomes de carbone (C).

3- Caractéristiques usuelles

Définition : Il est possible de qualifier un matériau par sa couleur, son état de surface, sa rigidité ou encore de son poids. Scientifiquement, une telle démarche qualitative est insuffisante. Des laboratoires s'emploient donc à définir rigoureusement des propriétés et caractéristiques pour tel ou tel matériaux.

Exemples :

Masse volumique : quantité de matière par unité de volume (kg/m³).

Densité : rapport de la masse volumique du matériau et de celle de l'eau.

Conductibilité électrique : capacité à laisser passer un courant électrique.

Conductibilité thermique : capacité à diffuser la chaleur.

Resistance mécanique : résistance à des contraintes (MPa).

Ductilité : Capacité d'allongement sans rupture.

Résilience : Resistance aux chocs.

Dureté : Resistance mécanique superficielle.

4- Choisir un acier / éléments d'addition

Chaque élément rapporté dans un acier (dans des proportions maîtrisées) implique des modifications de ses caractéristiques. Selon les besoins il faut donc composer.

Survolez les symboles chimiques ou les propriétés physiques pour en savoir plus

= Très néfaste pour la caractéristique
= Néfaste pour la caractéristique
= Bénéfique pour la caractéristique

PROPRIÉTÉS

C

Si

Mg

Ni

Mn

Cr

W

V

Mo

Co

Ti

P

Pb

S

Zn

Contrainte

Dureté

Fatigue

Ductilité

Chaleur

Corrosion

Soudabilité

Usinabilité

Élasticité

Résilience

Magnétisme

Forgeabilité

5- Choisir un matériau / coût, disponibilité

Le critère de coût d'un matériau est déterminant dans son choix. 2 aspects interviennent : Le prix à un intant donné mais aussi sa tendance d'évolution dans le temps (Il est clair qu'une tendance à la baisse est préferable).

L'autre critère est l'état de livraison disponible qui n'est pas forcément en adéquation avec les possibilité en fabrication de l'entreprise.

Voici à titre indicatif, les prix relatifs et les disponibilités générales de quelques familles de matériaux :

INDICE de prix	DISPONIBILITE de livraison	MATERIAUX
0 - 2	Profilé, Barre laminée, de fonderie, pas de tôle	Fontes grises
0 - 5	Profilé, bloc, plaque, tôles	Aciers non alliés
5 - 12	Profilé, bloc, plaque, tôles	Aciers faiblement alliés
15 - 40	Profilé, bloc, plaque, tôles	Aciers fortement alliés
6 - 15	Profilé	Laiton
5 - 16	Barre laminée, de fonderie	Cupro aluminium
6 - 16	Barre laminée, de fonderie, plaque	Zinc et alliages
16 - 33	Barre laminée, de fonderie, plaque	Magnésium et alliages
33 - 45	Barre laminée, de fonderie, plaque, poudre	Bronze
33 - 55	Barre laminée, de fonderie, plaque	Nickel et alliages
52 - 65	Barre laminée, de fonderie, plaque	Cobalt et alliages
5 - 10	Granulés	Plastique PS, PE, PVC, PP, UF
10 - 22	Granulés	Plastique ABS, Polyamides, Polyesters, Epoxy, Acetates de cellulose
22 - 45	Granulés	Plastique Polyamides renforcés, PC, PPS renforcés
45 - 60	Granulés	Plastique PTFE Polyimide renforcé Teflon

6- Choisir un matériau / masse

Dans certains domaines d'application (avionique, aérospaciale, sports automobiles...), la masse est l'ennemi à combattre. Tous les matériaux ne sont pas égaux et leur densité peut énormément varier. Il convient d'en avoir connaissance au moment du choix. Voici à titre indicatif, les densités de quelques éléments :

ELEMENT	DENSITE
Aluminium (Al)	2,7
Bérylliume (Be)	1,85
Bore (B)	2,35
Cadmium (Ca)	8
Carbone graphite (C)	2,24
Carbone diamant (C)	3,5
Chrome (Cr)	7,1
Cobalt (Co)	8,9
Cuivre (Cu)	9
Etain (Sn)	6 - 7,5
Fer (Fe)	7,8
Lithium (Li)	0,534
Magnésium (Mg)	1,75
Manganèse (Mn)	7,2
Molybdène (Mo)	10,2
Nickel (Ni)	8,9
Phosphore (P)	1,88
Platine (Pt)	21,5
Plomb (Pb)	11,34
Silicium (Si)	2,4
Souffre (S)	2,1
Titane (Ti)	4,5
Tungstène (W)	19,3
Vanadium (V)	5,9
Zinc (Zn)	7,15
Zirconium (Zr)	6,5

7- Choisir un matériau / procédé

Satisfaire aux exigences d'un cahier des charges est une chose. Toutefois le choix technique étant toujours affaire de compromis, il convient également de tenir compte des particularités des matériaux au niveau de leur mise en forme.

Voici donc à titre indicatif, certaines de ces particularités :

MATERIAUX	MISE EN OEUVRE
Fontes	Moulage et usinage possibles, soudage impossible
Aciers non alliés	Usinage et soudage possibles, moulage et forgeage non conseillés
Aciers faiblement alliés	Usinage, formage et soudage possibles
Aciers fortement alliés	Usinage, formage et soudage possibles
Alliages d'aluminium	Soudage délicat, moulage possible, usinage possible (mauvais si présence de Si)
Alliages de cuivre	Moulage, frittage et usinage possibles

1- Familles

Le monde des matériaux est vaste. Il se compose de métaux, plastiques, céramiques, élastomères ou encore composites de ces derniers. Il est à la source de la technologie et du monde industriel.

Survolez les familles ci-dessous pour en savoir plus

Matériaux metalliques

Ferreux

Non ferreux

Matériaux polymères

Naturels

Synthétiques

Matériaux céramiques

Usuels

Techniques

Composites

Métaux : Ils présentent des caractéristiques mécaniques très élevées (comme la rigidité ou la dureté), y compris à des hautes températures.

Plastiques : On distingue 2 familles :

THERMOPLASTIQUES (plexiglas PMMA, PVC) ; sous l'effet de la chaleur, se ramollissent et se resolidifient de façon réversible.

THERMODURCISSABLES (polyester UP, polyuréthane PUR) ; mis en oeuvre sous réaction chimique et donc ne peuvent pas être remodelés.

Céramiques : Elles sont utilisées dans la fibre optique, les outils de coupe (en productique), comme abrasifs, isolants, écran thermique, prothèses osseuses...

2- Constitution de la matière

A une échelle trés réduite, la matière est constituée d'atomes assemblés les uns aux autres pour former des mollécules.

Métaux : Les atomes s'assemblent de trois façons différentes : on parle alors de structures cristallines des métaux.

Dans le tableau ci-dessous, survolez les types de maille,les propriétés physiques pour en savoir plus

TYPE DEMAILLE

Cubique centré

Cubique face centrée

Héxagonalcompact

VOLUMEdes atomes

4 atomes / mailleV = 0,68(a 3)a = côté du cube

2 atomes / mailleV = 0,74(b 3)b = côté du cube

6 atomes / prismeV = 0,74 volume de la maille

EXEMPLES

Fer , Mn, Cr, W,Mo, V, Nb, Li, Zr,Ta, Ba, Ti (>882°C)

Fer , Al, Cu, Ag, Co, Pb, Ni, Au, Pt, Sr...

Mg, Zn, Cd, Be,Co (<419°C),Ti (<882°C)

PROPRIETES

Haute résistance,

peu ductile

Résiste au cisaillement,

très ductile

Haute résistance,

peu ductile

Les métaux utilisés dans l'industrie sont souvent des alliages, c'est à dire des mélanges de différents métaux purs. Cela permet d'améliorer les caractéristiques.

Plastiques, élastomères : Les atomes sont liés les uns aux autres selon un motif se répétant un grand nombre de fois pour créer de longues "chaînes", généralement souple, d'où la grande élasticité de certains plastiques.

Survolez l'image ci-dessous, pour en voir plus

chaîne de polyéthylène (du PEHD) : le motif est composé de 4 atomes d'hydrogène (H) et de 2 atomes de carbone (C).

3- Caractéristiques usuelles

Exemples :

Masse volumique : quantité de matière par unité de volume (kg/m3).

Densité : rapport de la masse volumique du matériau et de celle de l'eau.

Conductibilité électrique : capacité à laisser passer un courant électrique.

Conductibilité thermique : capacité à diffuser la chaleur.

Resistance mécanique : résistance à des contraintes (MPa).

Ductilité : Capacité d'allongement sans rupture.

Résilience : Resistance aux chocs.

Dureté : Resistance mécanique superficielle.

4- Choisir un acier / éléments d'addition

Chaque élément rapporté dans un acier (dans des proportions maîtrisées) implique des modifications de ses caractéristiques. Selon les besoins il faut donc composer.

Survolez les symboles chimiques ou les propriétés physiques pour en savoir plus

= Très néfaste pour la caractéristique = Néfaste pour la caractéristique = Bénéfique pour la caractéristique

PROPRIÉTÉS

C

Si

Mg

Ni

Mn

Cr

W

V

Mo

Co

Ti

P

Pb

S

Zn

Contrainte

Dureté

Fatigue

Ductilité

Chaleur

Dans le tableau ci-dessous, survolez les types de maille,
les propriétés physiques pour en savoir plus

TYPE DE
MAILLE

Héxagonal
compact

VOLUME
des atomes

4 atomes / maille
V = 0,68(a ³)
a = côté du cube

2 atomes / maille
V = 0,74(b ³)
b = côté du cube

6 atomes / prisme
V = 0,74 volume de la maille

Fer , Mn, Cr, W,
Mo, V, Nb, Li, Zr,
Ta, Ba, Ti (>882°C)

Mg, Zn, Cd, Be,
Co (<419°C),
Ti (<882°C)

Masse volumique : quantité de matière par unité de volume (kg/m³).

= Très néfaste pour la caractéristique
= Néfaste pour la caractéristique
= Bénéfique pour la caractéristique

INDICE
de prix

DISPONIBILITE
de livraison

Profilé, Barre laminée,
de fonderie, pas de tôle

Plastique Polyamides renforcés,
PC, PPS renforcés

Plastique PTFE Polyimide
renforcé Teflon