Glossaire

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Acier

Les aciers sont constitués principalement de fer et de carbone (0,02 % et 2 % en masse) avec un grand nombre d’éléments d’addition possibles: chrome, manganèse, cuivre, vanadium, aluminium, nickel…, titane en proportions diverses selon les familles d’aciers. Ces éléments d’addition lui confère des propriétés d’usage spécifiques (tenue à la corrosion, au chocs thermiques, haute élasticité, soudabilité…). L’acier se transforme par de nombreux procédés (à froid ou à chaud) et permet d’obtenir des semi-produits (tube, tôle en acier de construction type S235 ou aciers HLE) ou des produits finis de géométrie plus complexe par fonderie, forge… fabrication additive. Les pièces en acier présentent une excellente soudabilité et font très souvent l’objet de traitement dans la masse ou de traitement de surface. L’acier a été à la base de la révolution industrielle et de la construction des infrastructures industrielles (ponts, bâtiments, machines outils…). L’acier reste encore le métal le plus utilisé au niveau mondial.

Alliages d’aluminium

Les alliages d’aluminium sont transformés par différents procédés (forge, fonderie, laminage à froid ou à chaud, filage/extrusion…, fabrication additive). Ils font souvent l’objet d’un traitement thermique pour en augmenter les caractéristiques mécaniques et si besoin d’une anodisation de surface (protection anti-corrosion, décoration). De par leur faible densité (2,7 g/cm3), les alliages d’aluminium trouvent de nombreuses applications sur les marchés automobile (bloc moteur, culasse, jante, supports divers) ou aéronautique (pièce de structure).

CND

Le contrôle non destructif (CND) est un ensemble de méthodes qui permettent de caractériser l’état d’intégrité de structures ou de matériaux, sans les dégrader, soit en phase de R&D, de mise au point, de production des pièces soit en cours d’utilisation. On parle aussi d’essais non destructifs (END) ou d’examens non destructifs. Les CND regroupent la radiographie, le ressuage, la tomographie, le contrôle par ultrason, la magnétoscopie…

Conception des pièces

La conception d’une pièce se fait sur la base des spécifications attendues (Rm, Rp0,2, tenue en fatigue), mais également du procédé de transformation retenu (forge, fonderie, pliage, fabrication additive…). La conception fait appel à des logiciels de CAO (modification de la géométrie) et à des logiciels de calculs de la résistance mécanique (cas de charge en fatigue) et éventuellement à des logiciels multi physiques (thermique, CFD, électromagnétique…).

Cuivre

Le cuivre a pour principales caractéristiques de résister remarquablement à la corrosion, d’avoir de bonnes caractéristiques mécaniques en particulier à chaud et une excellente conductivité thermique et électrique. Il existe de nombreux alliages de cuivre (laiton, bronze…). Le cuivre est également utilisé comme élément d’alliage de nombreux métaux (aluminium, fonte….).

Expertise sur pièces

L’expertise sur pièces (ou sur éprouvettes) permet de déterminer finement les propriétés métallurgiques ou la santé interne et externe afin de conclure par exemple sur les causes d’une rupture prématurée (analyse de défaillance). Ce type d’expertise fait appel à différentes analyses (radiographie, examen de la conformité de la microstructure sur coupe, mesure de la taille des grains et de leur hétérogénéité ou non, mise en évidence d’un traitement de surface, essais de corrosion en brouillard salin, micro-dureté en surface). C’est l’expert métallurgiste qui synthétise les différentes analyses et conclut sur les causes racines à l’origine du problème.

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Fabrication additive

La fabrication additive est une technologie en pleine évolution qui permet de fabriquer un objet couche par couche. La très grande liberté de forme possible et l’absence d’outillage nécessaire laissent entrevoir de grandes potentialités (petite série, pièce de rechange, structure lattice…). Les moules en sable et les cires d’injection peuvent également être réalisées par fabrication additive.

Fatigue

Les caractéristiques mécaniques en tenue dynamique d’une pièce sont appréhendées par la limite d’endurance en fatigue (à l’ambiante ou à chaud) en traction/compression ou bien en flexion alternée. On réalise pour cela des courbes de Wöhler ou des essais de type Staircase ou Locati. Le dimensionnement d’une pièce mécanique est en effet généralement calculée en statique et en dynamique en appliquant différents cas de charge qui reproduisent le fonctionnement réel de la pièce ou du sous-ensemble.

Fonderie

La fonderie est un procédé de transformation très largement répandue permettant de réaliser de très nombreuses de pièces de toute taille (quelques millimètres à plusieurs mètres) dans un grand nombre d’alliages (fonte, aluminium, acier, cuivreux, titane, plomb, zinc…) en grande série ou de manière unitaire. Les procédés de fonderie sont très variés : le moulage en sable (à vert ou à prise chimique), le moulage coquille, la basse pression, la fonderie sous pression, la cire perdue (carapace ou bloc plâtre), la centrifugation…  En fonderie, l’alliage liquide (Tliquidus + surchauffe) est versé dans un moule dans laquelle il se solidifie.

Fonderie sous pression

La fonderie sous pression est une technologie de fonderie dédiée aux alliages non ferreux (aluminium, zinc, magnésium, cuivreux) qui consiste à injecter l’alliage à grande vitesse (40 à 50 m/s) dans un moule en acier (en X38 CrMoV5) et à appliquer une pression importante (70 à 100 MPa) pendant toute la durée de la solidification.

Fonte

Les fontes moulées sont des alliages fer carbone qui contiennent le plus souvent entre et 3% et 4 % de carbone sous forme de graphite. Ces alliages ont une excellente aptitude au moulage et possèdent une très bonne usinabilité. On trouve différentes familles de fonte : fonte lamellaire (FGL), fonte à graphie sphéroïdale (FGS), fonte bainitique, fonte vermiculaire ou encore fonte ferritique à matrice renforcée.

Forge

La forge est constituée de l’ensemble des procédés de transformation à l’état solide: forge à froid, forge à chaud, forge libre, …, forgeage circulaire. De nombreux alliages peuvent être forgés : les aciers, les alliages d’aluminium et de cuivre ou encore le titane. La déformation plastique et l’écrouissage que subit la pièce pendant l’opération de forge conduit à un fibrage et une anisotropie des propriétés mécaniques de la pièce liée à l’orientation des grains de la microstructure et lui confèrent de très bonnes propriétés.

Impureté

Dans un alliage métallique, on appelle impureté un élément métallique non souhaité, par opposition aux éléments d’alliage qui sont volontairement ajoutés pour obtenir la composition. Pour chaque impureté majeure, une teneur maximale est tolérée (normes et spécification d’approvisionnement client) qui garantit que les propriétés mécaniques ou d’usage seront atteintes. La composition chimique de la matière transformée est suivi en continue dans les usines de transformation métallurgiques.

Inconel

Les Inconel sont des superalliages à base de nickel et de chrome. Les alliages de cette famille les plus couramment utilisés sont l’Inconel 600, l’Inconel 625 (NiCr22Mo9Nb), et l’Inconel 718 (NiCr19Fe19Nb5Mo3). Ils présentent la particularité d’être extrêmement résistants à la corrosion et peuvent être utilisés à de très hautes températures.
Les Inconels sont utilisés en pétrochimie, aéronautique, …, aérospatial ou le nucléaire.

Liants

Les liants permettent, en moulage sable, d’agglomérer les grains de silice afin de constituer un moule « rigide » qui pourra être manipulé et résistera à l’agression du métal liquide. Il existe des liants de type organiques ou inorganiques (en développement).

Magnésium

Les alliages de magnésium sont utilisés principalement dans les transports pour leur capacité d’allègement important (densité de 1,7 g/cm3 contre 2,7 g/cm3 pour les alliages d’aluminium). Dans l’automobile, le plus utilisé est l’AZ91, suivi de l’AM50 et de l’AM60. Le ferroviaire mais également l’aéronautique militaire et civile sont utilisateurs de pièces en magnésium.

Marchés des métaux

L’automobile et la construction (bâtiments, ponts, infrastructures) sont des gros consommateurs de métaux (acier, fonte, aluminium). Mais de très nombreux autres secteurs utilisent les métaux comme le médical (prothèse), l’énergie (nucléaire, éolien terrestre ou offshore), les pompes, le machinisme agricole, le mining, le chauffage domestique, les instruments de cuisine (cocotte en fonte), l’électroménager (semelle de fer à repasser en aluminium), le mobilier d’intérieur ou urbain, le luxe (montre), le sport et le loisir…

Métallonaute

La conquête de l’espace a vu fleurir nombre de mots pour désigner ses héros : astronaute pour un citoyen des États-Unis, cosmonaute pour un russe, spationaute pour un français, taïkonaute pour un chinois, vyomanaute pour un indien. Alors, pourquoi ne pas créer un mot pour désigner les explorateurs de l’univers du métal après 7 000 ans d’aventures ? A y regarder de plus près, ils sont habillés comme des piétons de l’espace…

Micrographie

La micrographie est une analyse destructive qui permet d’observer sous microscope otique à fort grossissement une coupe polie (après attaque chimique si nécessaire) d’une partie d’un échantillon métallique (prélevé dans une pièce en zone critique) pour mettre en évidence la microstructure, la taille des grains, les phases en présence (ferrite, perlite, austénite…), les porosités ou les inclusions métalliques.

Moulage sable

Le moulage sable est le procédé de fonderie le plus courant. Il permet de réaliser des pièces en alliage ferreux (fonte, acier) ou en alliages non ferreux (aluminium, cuivreux, …) aussi bien de manière unitaire qu’en très grande série (automobile). Il existe deux grandes familles de procédés: le moulage en sable à vert et le moulage en sable à prise chimique. Les parties internes des pièces sont réalisées à l’aide de noyaux.

Outillages métalliques

Les outillages, appelés aussi moule, permettent la transformation des métaux à froid ou à chaud. Généralement en acier (de type X38CrMoV5) ils présentent une résistance importante à l’usure abrasive et aux chocs thermiques. Ils peuvent comporter des circuits de refroidissement ou de thermorégulation internes pour maîtriser la thermique et le temps de cycle. La conception des outillages est un point clef dans la maîtrise des process de transformation des métaux.

Optimisation topologique

L’optimisation topologique est une nouvelle méthode de conception des pieces qui permet, à partir d’un volume de conception autorisée, des surfaces de contacts avec les autres composants du système et des cas de charges (statique ou dynamique) de calculer et proposer au concepteur d’un BE des formes et des design innovants et optimisés. L’optimisation topologique est en particulier utilisée pour l’allègement des pièces et des structures.

Oxydes

Les oxydes dans les pièces proviennent de la réaction d’un ou plusieurs constituants avec l’oxygène de l’air lors de la fusion. Certaines familles d’alliage (magnésium, aluminium, titane) réagissent plus facilement avec l’oxygène et ont une tendance à l’oxydation importante. L’élaboration sous vide (ou sous gaz de protection) permet de limiter très fortement la présence de ces oxydes qui dégradent la résistance mécanique des pièces.

Porosité

Les porosités sont des défauts internes que l’on retrouve dans de nombreux procédés de transformation (fonderie, fabrication additive, …). Ils sont généralement imputables à du gaz inclus dans la pièce pendant la fabrication. Ce type de défauts est mis en évidence en production par contrôle radiographique (images type ASTM).

Recyclage

De très nombreuses filières industrielles dans la transformation des métaux font déjà largement appel au recyclage afin d’exploiter au mieux les matériaux issus de la déconstruction (ou des mines urbaines) et de limiter le coût d’approvisionnement en matières premières neuves. L’alliage d’aluminium AlSi9Cu3(Fe) ou la plupart des fonte sont ainsi issues de matières recyclées. Les fondeurs recyclent en interne les systèmes d’alimentation et jets de coulée.

Radiographie numérique

La radiographie numérique est l’ensemble des techniques qui permettent d’obtenir des images numériques de l’intérieur de pièces pour contrôler leur intégrité. La radiographie numérique supplante peu à peu la radiographie argentique.

Simulation numérique

La simulation numérique des procédés de transformation permet de reproduire virtuellement les phénomènes complexes qui se produisent pour mieux les maitriser au stade du bureau d’études (avant même la production des pièces). On peut ainsi simuler le remplissage du métal liquide, sa solidification, les contraintes thermomécaniques dans les pièces ou de nombreux autres phénomènes métallurgiques. La simulation numérique est largement utilisée

Spécification d’approvisionnement

La spécification d’approvisionnement (cahier des charges), rédigée par le donneur d’ordre, précise les besoins techniques en termes de résistance mécanique de la pièce (allongement, dureté en surface ou à cœur,…), de composition chimique (éléments d’alliage et impureté), de géométrie et de tolérances dimensionnelles et enfin spécifie les contrôles à réaliser et les critères d’acceptation des imperfections.

Titane

Les alliages de titane trouvent leur utilisation principale dans le secteur aéronautique et dans le domaine médical. Le titane possède en effet un ratio « performances mécaniques/poids » à l’ambiante et à chaud remarquable qui le place au dessus des autres métaux. Il est également biocompatible et permet de réaliser de nombreuses prothèses pour le domaine médical. L’alliage de titane le plus répandu est le TA6V (TiAl6V4) qui est transformé par fonderie, forge, usinage et plus récemment fabrication additive. L’utilisation du titane est en croissance assez forte.

Tomographie

La tomographie aux rayons X (ou CT scan) est une nouvelle technique de contrôle série qui permet de reconstruire la géométrie de la pièce en 3D. Dérivée des technologies du médical (IRM), la tomographie permet de contrôler la santé interne et le dimensionnel des pièces (zones internes et externes). Cette technologie est en développement constant. Par rapport à la radiographie, la tomographie permet de positionner finement dans l’espace les imperfections internes. La micro-tomographie et la nano-tomographie (utilisées en R&D) permettent d’obtenir des images avec des résolutions de l’ordre du micron (sur de faibles volumes).

Traitement thermique

Le traitement thermique (TTH) permet d’augmenter les caractéristiques mécaniques (limite d’élasticité, dureté, ..) d’une pièce après son étape de transformation principale (forge, fonderie,…). Certains éléments d’alliage peuvent être nécessaire pour activer le traitement thermique (le magnésium dans les alliages d’aluminium). Les traitements thermique sont pilotées par la température, le temps de traitement et la nature du milieu de trempe (air / eau / huile / vide). On combine souvent plusieurs étapes (trempe, revenu) dans une gamme de TTH.

Vidéo

Rien de mieux qu’une vidéo dans un article pour appréhender clairement le déroulement d’un procédé industriel, la fabrication d’une pièce ou les différentes étapes d’une gamme opératoire.

Zinc et alliage

Les alliages de zinc (ZL3, ZL5…) permettent de réaliser des petites pièces en fonderie sous pression chambre chaude avec un haut degré de précision et des fortes cadences de production. Ils peuvent faire l’objet de très nombreux traitements de surface.