Les alliages sont essentiels dans toutes les facettes du monde commercial moderne. Ils ont un large champ d’applications dans différentes industries. Ces matériaux extraordinaires sont constitués de la combinaison de deux ou plusieurs éléments ayant des caractéristiques que l'on ne retrouve pas dans les éléments de base.. Depuis les armes asiatiques de l’âge du bronze qui ont contribué à la formation des monarchies jusqu’aux nanomatériaux présents dans les technologies contemporaines, les alliages sont polyvalents et ont été largement utilisés tout au long de l'histoire. Donc, dans cet article, nous examinerons le sujet intéressant des alliages et donnerons des informations sur l'histoire des alliages, leurs constituants, et les principes utilisés dans la fabrication des alliages.
Qu'est-ce qu'un alliage?
En termes simples, un alliage est un mélange de deux ou plusieurs métaux ou d'un métal et d'un ou plusieurs non-métaux.. Les alliages présentent certaines caractéristiques comme la résistance, durabilité, protection contre la corrosion, et la chaleur et sont donc un élément vital utilisé dans de nombreuses industries. Un alliage est un mélange de deux métaux ou plus et parfois de non-métaux qui implique de chauffer et de mélanger les ingrédients pour produire un matériau.. Il possède des propriétés qui le différencient des composants constitutifs.
Quelle est l’histoire des alliages?
Les alliages sont utilisés depuis 3000 avant notre ère. Laiton ( Cuivre et du zinc) et Bronze ( Cuivre et étain) étaient des alliages anciens. Les premières techniques métallurgiques ont été appliquées dans leur processus de fabrication, cette première technique métallurgique était connue sous le nom de fusion. Dans le processus de fusion, deux minerais de compositions diverses ont été fondus ensemble.
Remarquablement, au 19ème siècle, il a été étudié que des traces de nickel étaient présentes avec le Cuivre élément mais il n'était pas isolé. Les minerais de ces deux métaux étaient fondus et formaient du cupro-nickel. Le produit formé après le processus de fusion a donné une résistance élevée.
Le bronze et le laiton ont tous deux modifié le comportement mou du cuivre pour montrer sa dureté., dureté, et résilience.
Composition des alliages
Différents pourcentages d'éléments donnent différents alliages. Ces alliages ont des capacités et des applications uniques. Mieux comprendre la composition des alliages. Voici le tableau détaillé de leurs pourcentages de composition.
| Alliage | Principaux composants (Pourcentage en poids) |
| Acier | |
| – Acier au carbone | Fe: 98-99%, C: 0.2-2.1% |
| – Acier allié | Fe: 95-98%, C: 0.2-2%, Cr: 0.5-2%, Dans: 0.5-2%, Mo: 0.1-1% |
| - Acier inoxydable | Fe: 70-88%, Cr: 10.5-20%, Dans: 0-10%, C: 0.08-1% |
| – Acier à outils | Fe: 70-95%, C: 0.5-2%, W: 0-18%, Mo: 0-5%, V: 0-5% |
| Fonte | |
| – Fonte grise | Fe: 93-95%, C: 2-4%, Et: 1-3% |
| – Fonte Ductile | Fe: 94-96%, C: 3-4%, Et: 1.8-2.8%, Mg: 0.03-0.05% |
| – Fonte blanche | Fe: 94-96%, C: 2-3.5%, Et: 0.5-1.5% |
| Alliages d'aluminium | |
| – 2024 Aluminium | Al: 90.7-94.7%, Cu: 3.8-4.9%, Mg: 1.2-1.8%, Mn: 0.3-0.9% |
| – 6061 Aluminium | Al: 95.8-98.6%, Mg: 0.8-1.2%, Et: 0.4-0.8%, Cu: 0.15-0.4% |
| – 7075 Aluminium | Al: 87.1-91.4%, Zn: 5.1-6.1%, Mg: 2.1-2.9%, Cu: 1.2-2% |
| Alliages de cuivre | |
| - Laiton | Cu: 60-70%, Zn: 30-40% |
| -Bronze | Cu: 88-97%, Sn: 3-12% |
| Alliages de titane | |
| - Grade 5 (Ti-6Al-4V) | De: 88.6-91%, Al: 5.5-6.75%, V: 3.5-4.5% |
| - Grade 2 | De: 99.2-99.7%, Fe: 0.3%, Ô: 0.25% |
Types d'alliages
Voici certains types d'alliages;
1. Alliages ferreux
Les alliages ferreux sont constitués de fer comme l'un des principaux composants. Ceux-ci ont de nombreuses applications dans différents domaines. Les alliages ferreux courants comprennent:
1. Acier
Acier est un alliage qui se forme en mélangeant du fer avec d’autres éléments, c'est à dire. carbone. La quantité de carbone peut se situer entre 0. 2% à 2. 1% en poids. D'autres éléments tels que le chrome, nickel, ou le vanadium peut également être utilisé pour modifier d'autres caractéristiques de l'acier. Différents types d'acier comprennent:
- Acier au carbone: Il ne contient que du fer et du carbone, sans autre composition chimique.. Ils le classent en fonction du pourcentage de carbone, c'est-à-dire. tuyau en acier au carbone, tuyau en acier au carbone moyen, tuyau en acier à haute teneur en carbone. L'acier au carbone est généralement solide et dur et est souvent utilisé dans les industries de la construction et les industries manufacturières..
- Acier allié: Il contient d'autres petites quantités d'éléments d'alliage comme le chrome qui augmente la résistance., nickel qui augmente la ténacité, et le molybdène augmente la résistance à l'usure et à la corrosion. Parmi les utilisations de l'acier allié, il a de nombreuses applications dans la fabrication de produits automobiles, machinerie, et outils.
- Acier inoxydable: Il contient 5% chrome qui confère à l'acier une bonne capacité de résistance à la corrosion. Ce type de carbone a des applications dans les ustensiles de cuisine, instruments médicaux, et accessoires de construction.
- Acier à outils: Comprenant des composants tels que: tungstène, molybdène cobalt, et du vanadium. Ses propriétés incluent une durabilité élevée et une résistance à la chaleur. Ces caractéristiques le rendent adapté à la coupe, pressage, et fabriquer des outils de moulage.
2. Fonte
La fonte est l'un des anciens types d'alliages fer-carbone. Il contient une quantité de carbone supérieure à 2% et du silicium. Certaines des caractéristiques sont sa dureté, fragilité, et l'avantage qu'il a sur la plupart des autres alliages en termes de coulabilité. Les types de fonte comprennent:
- Fonte grise: Il contient flocons de graphite. Ils les rendent gris et sont généralement faciles à retourner. Certaines de ses applications incluent: blocs moteurs, tuyaux, et diverses machines.
- Ductiles (Nodulaire) Fonte: Il contient des nodules sphériques de graphite qui augmentent la ductilité et la résistance aux chocs. Il a de nombreuses applications dans les pièces automobiles, engrenages, et vilebrequins.
- Fonte blanche: Il contient principalement du carbure de fer – très dur, mais aussi fragile. Il est appliqué aux revêtements résistants à l'usure et à divers secteurs industriels où la propriété de résistance à l'abrasion est critique..
2. Alliages non ferreux
Les alliages non ferreux ne contiennent pas de fer comme élément de la composition principale. Ceux-ci sont préférables en raison de leur faible densité, et de bonnes caractéristiques anticorrosion. mis-à-part, ils ont une conductivité électrique et thermique élevée. Les alliages non ferreux courants comprennent:
1. Alliages d'aluminium
Aluminium les alliages ont de très bonnes propriétés de résistance à la corrosion. Ceux-ci sont normalement combinés avec d'autres éléments tels que le cuivre, magnésium, silicium, et du zinc. Les utilisations courantes incluent:
- Industrie aérospaciale: Les alliages d'aluminium ont de nombreuses applications dans les structures, fuselages, et les ailes en raison de leur légèreté mais de leur haute résistance.
- Industrie automobile: Ils sont hautement applicables dans la carrosserie de la voiture, partie moteur, roues, etc. en raison de l'efficacité du carburant et de la facilité de poids corporel.
- Industrie de l'emballage: Les canettes et feuilles d'aluminium sont utilisées dans l'emballage d'aliments et de boissons.. Parce qu'il est non toxique et recyclable.
2. Alliages de cuivre
Les alliages de cuivre sont principalement réputés pour être de bons conducteurs d’électricité et anticorrosion.. Les alliages de cuivre courants comprennent:
- Laiton: Un alliage cuivre-zinc qui présente un aspect doré et une bonne usinabilité. Il trouve une application dans la fabrication de guitares, batterie, ornements, et appareils de plomberie.
- Bronze: Une composition spéciale de métal; cuivre et étain caractérisés par leur dureté et leur résistance à l'usure et à la corrosion. Il s'applique à la fabrication de roulements, bague, et sculptures.
3. Alliages de titane
Certaines propriétés importantes qui rendent les alliages de titane préférables sont un rapport résistance/poids élevé., bonne résistance à la corrosion, et bio-compatibilité. Ils ont de nombreuses applications dans
- Industrie aérospaciale: Ils sont relativement légers tout en étant résistants. Donc, ils ont des applications dans la fabrication de cadres d'avions, moteurs, filtres, et attaches.
- Implants médicaux: ceux-ci sont non dégradables et compatibles avec le corps humain. Donc, ils ont de nombreuses applications dans la fabrication surfaces d'appui articulaires dans les arthroplasties, prothèses dentaires, et outils chirurgicaux.
- Applications marines: Ils sont utilisés dans la fabrication d'arbres d'hélice car les arbres doivent certainement fonctionner sous l'eau et ont la meilleure résistance à la corrosion..
Quelle est la différence entre les métaux, Non-métaux, et alliages?
Voici le tableau détaillé pour décrire la différence entre les alliages, les métaux, et non-métaux.
| Propriété | Les métaux | Non-métaux | Alliages |
| Composition | Élément unique (par exemple., Fe, Cu) | Élément unique (par exemple., C, Ô) | Un mélange de métaux ou de métaux avec des non-métaux (par exemple., acier, laiton) |
| Conductivité électrique | Haut (par exemple., Cu, Al) | Faible (par exemple., S, P.) | Varie (généralement élevé pour les alliages à base de métaux) |
| Conductivité thermique | Haut | Faible | Varie (généralement élevé pour les alliages à base de métaux) |
| Malléabilité | Haut (par exemple., Au, Ag) | Faible (par exemple., S, P.) | Généralement élevé (par exemple., bronze, alliages d'aluminium) |
| Ductilité | Haut (par exemple., Cu, Al) | Faible (par exemple., S, P.) | Généralement élevé (par exemple., acier, laiton) |
| Force | Variable (par exemple., élevé pour Ti, faible pour le Pb) | Généralement faible (par exemple., graphite, soufre) | Généralement élevé (par exemple., acier inoxydable, alliages de titane) |
| Résistance à la corrosion | Variable (par exemple., élevé pour Au, faible pour Fe) | Généralement élevé (par exemple., diamant) | Généralement élevé (par exemple., acier inoxydable, alliages d'aluminium) |
| Densité | Généralement élevé (par exemple., Fe, Pb) | Généralement faible (par exemple., H, C) | Variable (par exemple., élevé pour l'acier, faible pour les alliages d'aluminium) |
| Utilisations typiques | De construction, électrique, et applications thermiques | Isolation, semi-conducteurs, essentiels de la vie (par exemple., O2) | Large gamme d'industriels, de construction, et applications spécialisées (par exemple., aérospatial, automobile) |
Quelles sont les applications des alliages?
Donc, discutons de quelques applications importantes des alliages.
- Construction: Le matériau principal dans la construction des structures de bâtiments est l’acier., c'est à dire. alliage de fer et de carbone.
- Aérospatial: Les avions ont besoin de matériaux dotés de propriétés telles qu'une haute résistance, faible densité, et résistance aux hautes températures. Donc, Les alliages de titane présentent les avantages d'un rapport résistance/poids élevé et d'une stabilité thermique.
- Automobile: La légèreté et la capacité à résister à la corrosion font des alliages d'aluminium la meilleure option pour améliorer l'économie de carburant et les performances. Les composants automobiles à base d'alliage comprennent également des jantes en alliage d'aluminium., couramment produit par des fabricants tels que KIPARDO utilisant A356.2 pour le moulage et 6061-T6 pour le forgeage.
- Électronique: Les alliages à base de bronze ont de nombreuses applications dans les connexions et composants électriques en raison de leur conductivité et de leur résistance..
- Équipement médical: L'acier inoxydable et les alliages cobalt-chrome ont des applications dans les outils et équipements d'implants et de chirurgie.. Cela est principalement dû au fait que ces métaux ne provoquent pas de réaction indésirable de la part des tissus corporels et sont suffisamment puissants..
Quels sont les avantages des alliages?
- Force accrue: Haute résistance et dureté des métaux de base sans ajouts d'alliages.
- Résistance améliorée à la corrosion: Résistance améliorée à la rouille ainsi qu’à d’autres formes de dégradation.
- Une plus grande durabilité: Valeurs d'origine plus élevées dans des conditions difficiles.
- Propriétés personnalisées: En insistant sur la relation entre ajustement et personnalisation, il est important de noter que les caractéristiques doivent être relatives à des applications spécifiques.
- Rentabilité: Ils réduisent potentiellement les coûts grâce à l’utilisation de matériaux.
Quelles sont les limites des alliages?
- Propriétés complexes: Encore moins facile à prévoir et à contrôler que les métaux primaires.
- Coûts plus élevés: Certains alliages réalisés peuvent être plus coûteux à préparer.
- Difficultés de fabrication: Il peut être broyé, réformé, et lié. mis-à-part, cela peut impliquer un traitement et un usinage compliqués.
- Impact environnemental: Ils augmentent la possibilité de dépenses environnementales et énergétiques importantes.
Conclusion
Les alliages ont toujours joué un rôle important car ils ont tendance à posséder des caractéristiques bien supérieures à celles des métaux.. Par l'altération des métaux et des éléments, de nombreux chercheurs et ingénieurs peuvent proposer des substances pouvant répondre aux besoins souhaités. Donc, cela contribue à augmenter l’efficacité et la qualité des matériaux utilisés dans la construction, transport, électronique, et secteurs de la santé. De plus, les propriétés de divers alliages aident à la sélection du bon matériau pour une application donnée. Ils contribuent également à améliorer la sécurité, efficacité, et durabilité. Contactez-nous pour des idées plus professionnelles.
FAQ
1. Quel est le principe fondamental utilisé pour créer un alliage aux propriétés améliorées?
Le principe fondamental est connu sous le nom de renforcement de solution solide ou renforcement de la dispersion.
2. Pourquoi les alliages ferreux sont-ils généralement magnétiques, alors que de nombreux alliages non ferreux ne le sont pas?
Les alliages ferreux sont magnétiques car leur composant principal est fer (Fe). Le fer est un ferromagnétique matériel, ce qui signifie que sa structure atomique lui permet de maintenir un moment magnétique permanent. Alliages non ferreux (comme ceux à base d'aluminium, cuivre, ou titane) utilisent souvent des métaux communs qui sont diamagnétique ou paramagnétique, dépourvu de l'alignement magnétique intrinsèque requis pour être fortement attiré par un aimant.
3. Comment le chrome (Cr) rendre l'acier inoxydable résistant à la corrosion?
L'acier inoxydable contient un minimum de 10.5% chrome (Cr). Lorsque le chrome est exposé à l'oxygène, il forme rapidement un ultra-mince, dense, couche invisible d'oxyde de chrome (Cr2O3) sur la surface. Cette couche est appelée une couche de passivation. Cette couche est hautement non réactive et agit comme un barrière de protection, sceller le fer en dessous de l'oxygène et de l'humidité, empêchant ainsi la rouille (oxyde de fer) de former.
4. Pourquoi la ductilité est-elle importante dans les alliages structurels comme l'acier?
Ductilité fait référence à la capacité d’un matériau à subir une déformation plastique importante (étirement ou dessin) sans fracture. Dans les applications structurelles comme les ponts ou les gratte-ciel, la ductilité est vitale car elle signifie que la structure se déformer et donner un avertissement (par exemple., pliant) avant de connaître une défaillance fragile catastrophique. Cette propriété est cruciale pour la sécurité, laisser du temps pour l'inspection et l'évacuation sous des charges ou des contraintes extrêmes.
5. Quelle propriété spécifique rend les alliages de titane essentiels pour une utilisation dans les implants médicaux?
Les alliages de titane sont essentiels pour les implants médicaux en raison de leur propriété de bio-compatibilité. Cela signifie que le système immunitaire du corps humain reconnaît le titane comme étant biologiquement inerte; il ne déclenche pas de réaction inflammatoire ou indésirable, il ne se dégrade pas non plus lorsqu'il est exposé aux fluides corporels. Cela permet à l'implant (comme une arthroplastie ou un appareil dentaire) être intégré de manière permanente dans le corps avec un risque minimal de rejet.
6. Outre la force, quel est l'avantage clé de l'alliage du cuivre avec du zinc (faire du laiton) fournir?
Le principal avantage, en plus de la résistance mécanique, que le laiton gagne grâce à l'ajout de zinc est usinabilité supérieure. Le laiton est l'un des métaux les plus faciles à couper, moulin, et allume un tour, permettant aux fabricants de créer des formes complexes (comme les appareils de plomberie, vannes, et des composants complexes) rapidement et précisément, c'est pourquoi il est largement utilisé en mécanique de précision.
7. Comment fonctionnent les éléments d'alliage dans l'acier à outils (Tungstène, Molybdène, Vanadium) améliorer ses propriétés?
Les aciers à outils sont conçus pour des conditions extrêmes. L'ajout d'éléments comme le tungstène (W), Molybdène (Mo), et vanadium (V) formulaires dur, composés de carbure stables dans la matrice de fer. Ces carbures sont extrêmement résistants à la chaleur et à l'usure, qui donne à l'acier à outils ses propriétés nécessaires:
-
Haute durabilité: Résistance à l'abrasion et à l'usure.
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Dureté rouge: La capacité de conserver la dureté et un tranchant tranchant même lorsqu'il est chauffé à des températures élevées (chaleur rouge terne) lors d'opérations de découpe ou de pressage à grande vitesse.
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