Les métaux légers et leurs alliages sont des matériaux de densité relativement faible et de rapports résistance/poids élevés. Ces métaux et alliages sont d’une grande importance dans les applications d’ingénierie pour les transports terrestres, maritimes, aériens et spatiaux. Le magnésium, l’aluminium et le titane sont des métaux légers d’importance commerciale significative. Ces trois métaux et leurs alliages constituent la majeure partie des matériaux métalliques à rapport résistance/poids élevé utilisés dans les systèmes industriels. L’aluminium est le plus polyvalent de ces matériaux et le titane est le plus résistant à la corrosion avec une résistance très élevée, tandis que le magnésium a la densité la plus faible. Leurs densités de 1,7 (magnésium), 2,7 (aluminium) et 4,5 g/cm3 (titane) varient de 19 à 56 % des densités des métaux de structure plus anciens, le fer (7,9 g/cm3) et le cuivre (8,9 g/cm3). Les métaux couramment classés comme métaux légers sont ceux dont la masse volumique est inférieure à la masse volumique de l’ acier (7,8 g/cm3 ou 0,28 lb/in.3).
Étant donné que ces métaux purs sont généralement des matériaux plus mous avec une résistance insuffisante, ils doivent être alliés pour atteindre les propriétés mécaniques cibles. Par exemple, l’aluminium de haute pureté est un matériau souple avec une résistance ultime d’environ 10 MPa, ce qui limite sa facilité d’utilisation dans les applications industrielles. D’autre part, la résistance à la traction de l’alliage d’aluminium 6061 peut atteindre plus de 290 MPa selon l’état du matériau. Par conséquent, nous discutons principalement des alliages au lieu des métaux purs.
Composition des alliages légers
Comme cela a été écrit, le magnésium, l’aluminium et le titane sont des métaux légers d’importance commerciale significative. Ces trois métaux et leurs alliages constituent la majeure partie des matériaux métalliques à rapport résistance/poids élevé utilisés dans les systèmes industriels. L’aluminium est le plus polyvalent de ces matériaux et le titane est le plus résistant à la corrosion avec une résistance très élevée, tandis que le magnésium a la densité la plus faible. En plus de ces métaux, le béryllium est également un métal léger à haute résistance avec un module élastique très élevé (303 GPa) qui est de plus en plus utilisé comme matériau de structure dans les véhicules aérospatiaux. Le module d’élasticité du béryllium est presque trois fois supérieur à celui du titane.
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. En général, les alliages d’aluminium se caractérisent par une masse volumique relativement faible (2,7 g/cm 3 contre 7,9 g/cm 3pour l’acier), des conductivités électriques et thermiques élevées, et une résistance à la corrosion dans certains environnements courants, y compris l’atmosphère ambiante. La principale limitation de l’aluminium est sa faible température de fusion (660 °C), qui limite la température maximale à laquelle il peut être utilisé. Pour la production générale, les alliages des séries 5000 et 6000 offrent une résistance adéquate combinée à une bonne résistance à la corrosion, une ténacité élevée et une facilité de soudage. L’aluminium et ses alliages sont largement utilisés dans les applications aérospatiales, automobiles, architecturales, lithographiques, d’emballage, électriques et électroniques.
Alliages de magnésium. Les alliages de magnésium sont des mélanges de magnésium et d’autres métaux d’alliage, généralement de l’aluminium, du zinc, du silicium, du manganèse, du cuivre et du zirconium. Étant donné que la caractéristique la plus remarquable du magnésium est sa densité, 1,7 g/cm3, ses alliages sont utilisés là où la légèreté est une considération importante (par exemple, dans les composants d’avions). Le magnésium a le point de fusion le plus bas (923 K (1 202 °F)) de tous les métaux alcalino-terreux. Les alliages de magnésium sont généralement utilisés comme alliages coulés. Malgré la nature réactive de la poudre de magnésium pur, le magnésium métal et ses alliages ont une bonne résistance à la corrosion. Nous devons ajouter que le magnésium pur est hautement inflammable, en particulier lorsqu’il est réduit en poudre ou réduit en fines lamelles, bien qu’il soit difficile de s’enflammer en masse ou en vrac. Il produit une lumière blanche intense et brillante lorsqu’il brûle. Les températures de flamme du magnésium et de certains alliages de magnésium peuvent atteindre 3 100 °C.
Alliages de titane. Les alliages de titane sont des métaux qui contiennent un mélange de titane et d’autres éléments chimiques. Ces alliages ont une résistance à la traction et une ténacité très élevées (même à des températures extrêmes). Ils sont légers, ont une résistance à la corrosion extraordinaire et la capacité de résister à des températures extrêmes. Bien que le titane « commercialement pur » ait des propriétés mécaniques acceptables et ait été utilisé pour les implants orthopédiques et dentaires, pour la plupart des applications, le titane est allié avec de petites quantités d’aluminium et de vanadium, généralement 6% et 4% respectivement, en poids. Ce mélange a une solubilité solide qui varie considérablement avec la température, ce qui lui permet de subir un renforcement par précipitation.
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Voir ci-dessus:
Alliages légers
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