Que sont les matériaux pour la métallurgie des poudres – Définition

La métallurgie des poudres (PM) est une branche de la métallurgie en croissance et en évolution rapide basée sur la production de matériaux sous forme de poudres métalliques et la fabrication de pièces à partir de ces matériaux. Les procédés de métallurgie des poudres peuvent éviter ou réduire considérablement la nécessité d’utiliser des procédés d’enlèvement de métal, réduisant ainsi considérablement les pertes de rendement dans la fabrication et entraînant souvent une baisse des coûts. Le principal marché de la poudre métallique concerne les pièces complexes fabriquées par diverses technologies PM.

La métallurgie des poudres est également utilisée pour fabriquer des matériaux uniques impossibles à obtenir par fusion ou formation par d’autres moyens. Par exemple, le carbure de tungstène (WC), qui est largement utilisé dans l’exploitation minière dans les trépans de forage à marteau supérieur, les marteaux de fond de trou et de nombreuses autres applications, est fabriqué par métallurgie des poudres.

Matériaux pour la métallurgie des poudres

Les matériaux pour la métallurgie des poudres couvrent une gamme d’applications très étendue. Voici des exemples de matériaux traités par métallurgie des poudres:

• Fer/acier. Les matériaux ferreux faiblement alliés issus de la métallurgie des poudres sont prédominants dans le secteur des pièces structurelles pressées/frittées. Dans le secteur automobile, qui consomme environ 80 % de la production de pièces structurelles en PM, la raison du choix du PM est, dans la majorité des cas, d’ordre économique. L’acier à très haute teneur en carbone a une teneur en carbone d’environ 1,25 à 2,0 %. Aciers pouvant être trempés à grande dureté. Cette nuance d’acier pourrait être utilisée pour les produits en acier dur, tels que les ressorts de camion, les outils de coupe de métal et d’autres usages spéciaux tels que les couteaux, les essieux ou les poinçons (à usage non industriel). La plupart des aciers contenant plus de 2,5 % de carbone sont fabriqués à l’aide de la métallurgie des poudres.
• Aciers inoxydables. Les aciers inoxydables peuvent également être traités par métallurgie des poudres. Une gamme d’aciers inoxydables des séries AISI 300 et 400 est disponible sous forme de poudre. Aussi, de nombreux types d’aciers à lames sont produits par la métallurgie des poudres. La nuance d’acier inoxydable à durcissement par précipitation, AISI 17-4 PH, est également fréquemment utilisée dans les produits MIM (moulage par injection de métal). De toutes les nuances d’acier inoxydable disponibles, l’acier 17-4 PH offre généralement la meilleure combinaison de haute résistance associée à une excellente ténacité et résistance à la corrosion. Ils sont aussi résistants à la corrosion que les nuances austénitiques. Les utilisations courantes sont dans l’aérospatiale et certaines autres industries de haute technologie.
• Alliages de cuivre. Les alliages de cuivre peuvent être transformés en pièces structurelles PM. Ceux-ci peuvent utiliser des poudres entièrement pré-alliées ou des mélanges élémentaires. Les poudres de bronze peuvent être transformées en roulements autolubrifiants.
• Alliages d’aluminium. Les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium dépendent fortement de leur composition de phase et de leur microstructure. Une résistance élevée peut être obtenue entre autres par l’introduction d’une fraction volumique élevée de particules fines de seconde phase réparties de manière homogène et par un affinement de la taille des grains. La métallurgie des poudres permet de préparer des matériaux à grains fins avec une solubilité solide accrue qui sont des précurseurs favorables pour un renforcement ultérieur de la précipitation. L’atomisation au gaz a été utilisée pour la préparation des poudres. Une gamme de poudres d’alliages d’aluminium est disponible pour le traitement de la métallurgie des poudres par pressage/frittage de la métallurgie des poudres ou MIM. Les applications de l’aluminium dans la métallurgie des poudres sont généralement axées sur les applications aérospatiales, l’accent étant mis sur les composites pleine densité en tant qu’éléments structuraux. L’alliage métallique en poudre est généralement basé sur les alliages d’aluminium des séries 2000 et 6000 et contient du cuivre, du magnésium et/ou du silicium. Les composants automobiles structurels fabriqués à l’aide de techniques PM ont connu une forte adoption au cours des dernières décennies en raison de la rentabilité, des capacités de volume élevé et du post-traitement limité nécessaire pour les pièces PM. De nombreux composants de moteur sont fabriqués à l’aide de particules telles que les bielles, les chapeaux de came, les poulies d’entraînement et les dispositifs de distribution.
• Alliages de molybdène. L’alliage à base de molybdène le plus courant est l’alliage titane-zirconium-molybdène TZM, composé de 0,5 % de titane et de 0,08 % de zirconium (le reste étant le molybdène). Il est généralement fabriqué par la métallurgie des poudres ou des procédés de coulée à l’arc. L’alliage présente une résistance au fluage et une résistance à haute température plus élevées, ce qui permet des températures de service supérieures à 1060 °C pour le matériau.
• Alliages de titane. L’utilisation d’alliages de titane dans la métallurgie des poudres n’a cessé d’augmenter en raison de la viabilité et de la réduction des coûts de production de pièces de forme presque nette avec un post-traitement limité. Cela les a amenés à être au centre de la recherche et du développement dans le monde entier. Les poudres de titane et d’alliages de titane sont disponibles sous plusieurs formes. L’utilisation limitée de la métallurgie des poudres de titane pressées/frittées a généralement utilisé la poudre de titane HDH (hydrure-déshydrure). Les propriétés mécaniques du titane Ti-6Al-4V comme d’autres alliages PM dépendent de la porosité, de la microstructure et de la teneur en oxygène dans l’alliage post-fritté et pré-fritté. Niveau 5 – Ti-6Al-4V est nettement plus résistant que le titane commercialement pur (grades 1 à 4) en raison de sa possibilité d’être traité thermiquement. Cette nuance est une excellente combinaison de résistance, de résistance à la corrosion, de soudure et de fabricabilité C’est le premier choix pour de nombreux domaines d’applications

Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. Janvier 1993.
US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Métallurgie