MAGNÉSIUM

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Alliages

Propriétés mécaniques

Le magnésium est très malléable, ductile mais peu tenace. Pour améliorer ses propriétés d'usage dans des domaines précis, on a créé des alliages, que l'on peut regrouper en plusieurs familles correspondant, du reste, à l'évolution chronologique. Les premiers mis au point sont encore considérés comme les alliages classiques et rencontrés dans de très fréquentes applications. Ils contiennent essentiellement de l'aluminium et du zinc. Une addition faible de manganèse améliore leur propriétés mécaniques et leur résistance à la corrosion. Plus récemment, on a découvert le rôle remarquable de l'addition de zirconium : en structure de solidification, et également après déformation plastique par forgeage, laminage ou extrusion, la présence de zirconium provoque un affinement du grain. Cette propriété se conserve à chaud, même après des séjours de très longue durée à haute température. À partir de cette base (de 0,3 à 0,7 p. 100 de zirconium), une addition de zinc a permis de développer des alliages à moyenne ou haute résistance mécanique à température ambiante et dont la plasticité est relativement élevée.

L'addition de thorium (radioactif), de lanthanides ou d'argent permet de maintenir les propriétés mécaniques mesurées à chaud. Ces éléments sont compatibles avec le zirconium, et les propriétés spécifiques des deux types d'addition sont cumulatives. Ces alliages sont susceptibles de durcissement structural, c'est-à-dire qu'on obtient les caractéristiques mécaniques optimales, principalement sur les formules adaptées au moulage de pièces, à l'aide de traitements thermiques précis de mise en solution et de revenus. Par rapport aux alliages de la famille magnésium-zinc-zirconium, ils apportent les modifications suivantes : caractéristiques mécaniques élevées dans l'intervalle 200-350 0C, même après des traitements de plusieurs milliers d'heures, et notamment résistance au fluage ; module d'élasticité maintenu à 250 0C au niveau de 75 p. 100 de la valeur à 20 0C alors que, pour un alliage Mg-Zn-Zr, il est à cette température réduit à 25 p. 100 de sa valeur à 20 0C ; aptitude remarquable au moulage.

Le tableau indique, pour cinq alliages filés et cinq alliages moulés les plus typiques, les caractéristiques mécaniques à la traction mesurées à la température ambiante et à 300 0C ; il indique aussi la limite de fatigue en flexion alternée à 107 alternances, mesurée à 20 0C. Lorsque la température s'abaisse au-dessous de l'ambiante, les caractéristiques de résistance et le module d'élasticité s'élèvent. L'allongement de rupture et la striction s'abaissent sans toutefois que les alliages puissent être considérés comme fragiles.

Composition, propriétés mécaniques et physiques

Tableau : Composition, propriétés mécaniques et physiques

Composition, propriétés mécaniques et physiques du magnésium et de quelques-uns de ses alliages. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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On a aussi réalisé, par frittage et extrusion de poudre partiellement oxydée, une gamme d'alliages du type Mg-MgO dont la résistance à la déformation est d'autant plus marquée si l'on compare aux alliages avec le zirconium et le thorium, que la température est élevée et la durée de service prolongée. Leur domaine d'application est celui des pièces soumises à des contraintes de compression à chaud ou à froid.

Aptitudes à la mise en forme

Le magnésium et la majorité de ses alliages ont un réseau à mailles hexagonales dont le domaine de large déformation plastique se situe à une température supérieure à 200 0C. À la température ambiante, les variations de section sont limitées à 10 p. 100 pour les alliages du type Mg-Al-Zn et 20 p. 100 pour les alliages du type Mg-Zn-Zr.

L'alliage Mg-Li 14 et ses dérivés ont un réseau à mailles cubiques centrées. Ils se laissent bien déformer à température ordinaire par les techniques classiques de laminage, étirage, pliage, etc.

Les alliages de magnésium présentent une très bonne aptitude à la déformation dans le domaine 250-400 0C par forgeage, extrusion à la presse ou laminage. Les limites de la capacité de déformation sont données par la technologie du matériel et des outillages et non par le métal.

Les alliages de magnésium, et particulièrement ceux contenant du zirconium, se prêtent bien au moulage suivant les procédés traditionnels : au sable vert, en coquille, par gravité et sous pression. Les techniques moins anciennes telles que la coulée sous basse pression et à la cire perdue leur sont applicables. Les pièces obtenues peuvent être, à la fois, saines, minces et de grandes dimensions.

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Composition, propriétés mécaniques et physiques

Composition, propriétés mécaniques et physiques
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Écrit par :

  • : ingénieur à la société Tréfimétaux G.P.
  • : Ingénieur, chef de la Division des études et fabrications nucléaires du département des recherches et produits avancés, société Tréfimétaux G.P.

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Pour citer l’article

Maurice HARDOUIN, Michel SCHEIDECKER, « MAGNÉSIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/magnesium/