ALLIAGES

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Alliages métalliques industriels

Après ces considérations générales, nous pouvons maintenant nous intéresser à des alliages industriels. Les plus utilisés sont les aciers, qui présentent une palette particulièrement riche de produits, depuis ce qu'il est convenu d'appeler, plus ou moins péjorativement, la ferraille, jusqu'aux aciers inoxydables, en passant par les maragings, mis en œuvre pour des usages tels que les pièces soumises aux plus gros efforts dans les trains d'atterrissage des avions (cf. acier – Technologie). L'acier le plus simple est un alliage de fer et de carbone, renfermant moins de 2 p. 100 en poids de carbone (9 atomes pour 100). Il faut rappeler que le carbone n'est pas lui-même un métal, mais que le produit obtenu reste à caractère franchement métallique, d'une part, et que, d'autre part, les petits atomes de carbone ne remplacent pas ceux de fer sur leur réseau cristallin mais se glissent dans les interstices qui existent entre eux. Les aciers sont dits, pour cette raison, alliages interstitiels. À côté des aciers fer-carbone, on trouve des aciers « alliés », qui renferment des éléments tels que le chrome, le nickel, le manganèse... La rouille des aciers ordinaires est le plus connu des phénomènes de dégradation des alliages métalliques ; il a suscité la naissance d'aciers inoxydables, qui renferment une quantité de chrome de l'ordre de 20 p. 100 en poids, ainsi que d'autres éléments d'addition pour répondre à des spécifications particulières. D'une façon générale, les aciers, comme les autres alliages, obéissent à une logique simple : à mesure qu'on exige plus des propriétés mécaniques, de la résistance à la corrosion, de la tenue aux températures élevées, la complexité de la formule augmente, ainsi, évidemment, que le prix de revient.

À l'instar des aciers, les fontes sont composées essentiellement de fer et de carbone, mais la quantité de carbone est supérieure à 2 p. 100 en poids, sans dépasser environ 5 p. 100. Les usages des fontes sont très nombreux, leurs propriétés pouvant encore une fois être adaptées aux besoins en ajustant les teneurs en éléments d'addition et les modes d'élaboration. Les pièces en fonte sont moulées et, éventuellement, usinées pour parfaire leurs formes, dimensions ou états de surface. Les techniques modernes de moulage, les bonnes qualités mécaniques des fontes dites malléables font que, dans l'industrie automobile, on a substitué la fonte moulée à l'acier embouti pour confectionner des pièces comme les bras de suspension des voitures. Un point peut être mentionné pour illustrer ce qui était avancé dans l'introduction à propos du rôle favorable des impuretés : le phosphore, présent dans les minerais de fer français (minette de Lorraine, par exemple), devait être éliminé lors de la fabrication de l'acier à partir de la fonte produite par les hauts-fourneaux. Entre autres raisons, cela a conduit les sidérurgistes à s'approvisionner en minerais d'importation exempts de phosphore. Deux conséquences se sont fait sentir très rapidement : tout d'abord, les scories, dépourvues de phosphore, ont perdu leur vertu d'engrais agricole ; ensuite, les fontes, qu'on utilisait sans aucune protection pour réaliser les grilles et plaques de voirie, ont perdu leur inoxydabilité, due, elle aussi, au phosphore.

Les aciers et la plupart des fontes, comme beaucoup d'autres alliages métalliques, ne sont pas en état d'équilibre, c'est-à-dire que l'arrangement des atomes qui les composent n'est pas le plus stable qu'on puisse imaginer. Dans un réseau cristallin, les atomes vibrent autour d'une position moyenne avec une énergie qui se traduit macroscopiquement par la température du corps considéré. Ce phénomène s'appelle l'agitation thermique, et il est responsable, par exemple, de la fusion lorsque l'énergie d'agitation devient suffisante pour briser l'ordonnancement du réseau. L'agitation thermique provoque la diffusion, c'est-à-dire le déplacement des atomes les uns par rapport aux autres, à condition que la température soit « assez élevée ». Cette notion varie très fortement d'un alliage à l'autre et se trouve à la base des traitements thermiques utilisés pour modifier les propriétés d'un produit, sans changer sa composition chimique. Il est possible d'obtenir une structure d'équilibre en maintenant un alliage à une température é [...]

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Écrit par :

  • : docteur d'état ès sciences physiques, professeur de métallurgie à l'université de Nancy-I

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Pour citer l’article

Jean-Claude GACHON, « ALLIAGES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 27 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/alliages/