Moulage de métaux non ferreux

Les métaux ferreux sont largement utilisés dans l’industrie mécanique en raison de leur supériorité, de leur gamme de propriétés mécaniques et de leurs coûts inférieurs. Pourtant, les métaux non ferreux sont également utilisés dans diverses applications pour leurs propriétés spécifiques par rapport aux alliages ferreux malgré leur coût généralement élevé. Les propriétés mécaniques souhaitées peuvent être obtenues dans ces alliages par écrouissage, durcissement par vieillissement, etc., mais pas par les processus de traitement thermique normaux utilisés pour les alliages ferreux. Certains des principaux matériaux non ferreux d'intérêt sont l'aluminium, le cuivre, le zinc et le magnésium.

1. Aluminium

Parmi tous les alliages non ferreux, l’aluminium et ses alliages sont les plus importants en raison de leurs excellentes propriétés. Certaines des propriétés de l’aluminium pur pour lesquelles il est utilisé dans l’industrie mécanique sont :

• 1) Excellente conductivité thermique (0,53 cal/cm/C)
• 2) Excellente conductivité électrique (376 600/ohm/cm)
• 3) Faible densité de masse (2,7 g/cm)
• 4) Faible point de fusion (658C)
• 5) Excellente résistance à la corrosion
• 6) Il n’est pas toxique.
• 7) Il possède l'une des réflectivités les plus élevées (85 à 95%) et une émissivité très faible (4 à 5%)
• 8) Il est très doux et ductile, ce qui lui confère de très bonnes propriétés de fabrication.

Certaines des applications dans lesquelles l'aluminium pur est généralement utilisé concernent les conducteurs électriques, les matériaux d'ailettes de radiateurs, les unités de climatisation, les réflecteurs optiques et de lumière, ainsi que les matériaux d'emballage et d'aluminium.

Malgré les applications utiles ci-dessus, l’aluminium pur n’est pas largement utilisé en raison des problèmes suivants :

• 1) Il a une faible résistance à la traction (65 MPa) et une faible dureté (20 BHN)
• 2. Il est très difficile de souder ou de souder.

Les propriétés mécaniques de l'aluminium peuvent être considérablement améliorées par alliage. Les principaux éléments d'alliage utilisés sont le cuivre, le manganèse, le silicium, le nickel et le zinc.

L'aluminium et le cuivre forment le composé chimique CuAl2. Au-dessus d'une température de 548 C, il se dissout complètement dans l'aluminium liquide. Lorsque celui-ci est trempé et vieilli artificiellement (maintien prolongé à 100 - 150°C), un alliage durci est obtenu. Le CuAl2, qui n'est pas vieilli, n'a pas le temps de précipiter à partir de la solution solide d'aluminium et de cuivre et se trouve donc dans une position instable (sursaturée à température ambiante). Le processus de vieillissement précipite de très fines particules de CuAl2, ce qui provoque le renforcement de l'alliage. Ce processus est appelé durcissement en solution.

Les autres éléments d'alliage utilisés sont jusqu'à 7 % de magnésium, jusqu'à 1,5 % de manganèse, jusqu'à 13 % de silicium, jusqu'à 2 % de nickel, jusqu'à 5 % de zinc et jusqu'à 1,5 % de fer. En plus de ceux-ci, du titane, du chrome et du columbium peuvent également être ajoutés en faibles pourcentages. La composition de certains alliages d'aluminium typiques utilisés dans le moulage permanent et le moulage sous pression est donnée dans le tableau 2.10 avec leurs applications. Les propriétés mécaniques attendues de ces matériaux après leur coulée à l'aide de moules permanents ou de moulage sous pression sont présentées dans le tableau 2.1.

2. Cuivre

Semblable à l'aluminium, le cuivre pur trouve également de nombreuses applications en raison de ses propriétés suivantes

• 1) La conductivité électrique du cuivre pur est élevée (5,8 x 105 /ohm/cm) dans sa forme la plus pure. Toute petite impureté réduit considérablement la conductivité. Par exemple, 0,1 % de phosphore réduit la conductivité de 40 %.
• 2) il a une conductivité thermique très élevée (0. 92 cal/cm/C)
• 3) C'est un métal lourd (densité spécifique 8,93)
• 4) Il peut facilement être assemblé par brasage
• 5) Il résiste à la corrosion,
• 6) Il a une couleur agréable.

Le cuivre pur est utilisé dans la fabrication de fils électriques, de barres omnibus, de câbles de transmission, de tubes et de canalisations de réfrigérateur.

Les propriétés mécaniques du cuivre à l’état le plus pur ne sont pas très bonnes. Il est mou et relativement faible. Il peut être allié de manière rentable pour améliorer les propriétés mécaniques. Les principaux éléments d'alliage utilisés sont le zinc, l'étain, le plomb et le phosphore.

Les alliages de cuivre et de zinc sont appelés laitons. Avec une teneur en zinc allant jusqu'à 39 %, le cuivre forme une structure monophasée (phase α). De tels alliages ont une ductilité élevée. La couleur de l'alliage reste rouge jusqu'à une teneur en zinc de 20 %, mais au-delà elle devient jaune. Un deuxième composant structurel appelé phase β apparaît entre 39 et 46 % du zinc. C'est en fait le composé intermétallique CuZn qui est responsable de l'augmentation de la dureté. La résistance du laiton est encore accrue lorsque de petites quantités de manganèse et de nickel sont ajoutées.

Les alliages de cuivre et d’étain sont appelés bronzes. La dureté et la résistance du bronze augmentent avec l’augmentation de la teneur en étain. La ductilité est également réduite avec l'augmentation du pourcentage d'étain au-dessus de 5. Lorsque de l'aluminium est également ajouté (4 à 11 %), l'alliage résultant est appelé bronze d'aluminium, qui présente une résistance à la corrosion considérablement plus élevée. Les bronzes sont relativement coûteux par rapport aux laitons en raison de la présence d'étain qui est un métal coûteux.

3. Autres métaux non ferreux

Zinc

Le zinc est principalement utilisé en ingénierie en raison de sa faible température de fusion (419,4 C) et de sa résistance à la corrosion plus élevée, qui augmente avec la pureté du zinc. La résistance à la corrosion est due à la formation d’une couche protectrice d’oxyde sur la surface. Les principales applications du zinc sont la galvanisation pour protéger l'acier de la corrosion, l'industrie de l'imprimerie et le moulage sous pression.

Les inconvénients du zinc sont la forte anisotropie présentée dans des conditions déformées, le manque de stabilité dimensionnelle dans des conditions de vieillissement, une réduction de la résistance aux chocs à des températures plus basses et la susceptibilité à la corrosion inter-granulaire. Il ne peut pas être utilisé pour un service au-dessus d'une température de 95 °C car cela entraînerait une réduction substantielle de la résistance à la traction et de la dureté.

Son utilisation répandue dans les moulages sous pression est due au fait qu'il nécessite une pression plus faible, ce qui se traduit par une durée de vie plus élevée par rapport aux autres alliages de moulage sous pression. De plus, il présente une très bonne usinabilité. La finition obtenue par moulage sous pression du zinc est souvent suffisante pour garantir tout traitement ultérieur, à l'exception de l'élimination des bavures présentes dans le plan de joint.

Magnésium

En raison de leur légèreté et de leur bonne résistance mécanique, les alliages de magnésium sont utilisés à des vitesses très élevées. Pour une même rigidité, les alliages de magnésium ne nécessitent que 37,2 % du poids de l'acier C25, économisant ainsi du poids. Les deux principaux éléments d'alliage utilisés sont l'aluminium et le zinc. Les alliages de magnésium peuvent être coulés au sable, coulés dans un moule permanent ou moulés sous pression. Les propriétés des composants en alliage de magnésium moulés au sable sont comparables à celles des composants moulés en moule permanent ou moulés sous pression. Les alliages moulés sous pression ont généralement une teneur élevée en cuivre afin de permettre leur fabrication à partir de métaux secondaires afin de réduire les coûts. Ils sont utilisés pour fabriquer des roues d'automobiles, des carters de manivelle, etc. Plus leur teneur est élevée, plus la résistance mécanique des alliages de magnésium corroyés tels que les composants laminés et forgés est élevée. Les alliages de magnésium peuvent être facilement soudés par la plupart des procédés de soudage traditionnels. Une propriété très utile des alliages de magnésium est leur grande usinabilité. Ils ne nécessitent qu'environ 15 % de puissance pour l'usinage par rapport à l'acier à faible teneur en carbone.