Aciers

Les aciers sont des alliages fer–carbone qui peuvent contenir des concentrations appréciables d’autres éléments d’alliage. L’ajout d’une petite quantité de carbone non métallique au fer échange sa grande ductilité contre la plus grande ductilité. En raison de sa très haute résistance, mais toujours une ténacité substantielle, et sa capacité à être grandement modifiée par traitement thermique, l’acier est l’un des alliages ferreux les plus utiles et les plus courants dans l’utilisation moderne., Il existe des milliers d’alliages qui ont différentes compositions et/ou traitements thermiques. Les propriétés mécaniques sont sensibles à la teneur de carbone, qui est normalement inférieure à 1,0% en poids. Selon la classification OT AISI, l’acier au carbone est divisé en quatre classes basées sur la teneur en carbone.,

Types D’Aciers – Classification basée sur la Composition

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  en Acier. Les aciers sont des alliages fer–carbone qui peuvent contenir des concentrations appréciables d’autres éléments d’alliage., L’ajout d’une petite quantité de carbone non métallique au fer échange sa grande ductilité contre une plus grande résistance. En raison de sa très haute résistance, mais toujours une ténacité substantielle, et sa capacité à être grandement modifiée par traitement thermique, l’acier est l’un des alliages ferreux les plus utiles et les plus courants dans l’utilisation moderne. Il existe des milliers d’alliages qui ont différentes compositions et/ou traitements thermiques. Les propriétés mécaniques sont sensibles à la teneur de carbone, qui est normalement inférieure à 1,0% en poids., Selon la classification OT AISI, l’acier au carbone est divisé en quatre classes basées sur la teneur en carbone:

  • aciers à faible teneur en carbone. L’acier à faible teneur en carbone, également connu sous le nom d’acier doux, est maintenant la forme d’acier la plus courante, car son prix est relativement bas, tout en offrant des propriétés matérielles acceptables pour de nombreuses applications. L’acier à faible teneur en carbone contient environ 0,05 à 0,25% de carbone, ce qui le rend malléable et ductile. L’acier doux a une résistance à la traction relativement faible, mais il est bon marché et facile à former; la dureté de surface peut être augmentée par cémentation.
  • aciers au carbone Moyen., L’acier à Carbone Moyen a une teneur en carbone d’environ 0,3 à 0,6%. Soldes ductilité et la résistance et a une bonne résistance à l’usure. Cette nuance d’acier est principalement utilisée dans la production de composants de machines, arbres, essieux, engrenages, vilebrequins, accouplements et pièces forgées et pourrait également être utilisée dans les rails et les roues ferroviaires.
  • aciers à haute teneur en carbone. L’acier à haute teneur en carbone a une teneur en carbone d’environ 0,60 à 1,00%. La dureté est plus élevée que les autres qualités, mais la ductilité diminue. Les aciers à haute teneur en carbone peuvent être utilisés pour les ressorts, les câbles, les marteaux, les tournevis et les clés.,
  • aciers à très haute teneur en carbone. L’acier à très haute teneur en carbone a une teneur en carbone d’environ 1,25 à 2,0%. Aciers qui peuvent être trempés à une grande dureté. Cette catégorie d’acier pourrait être employée pour les produits en acier durs, tels que des ressorts de camion, des outils de coupe en métal et d’autres buts spéciaux comme (non-industriel-but) des couteaux, des axes ou des poinçons. La plupart des aciers ayant une teneur en carbone supérieure à 2,5% sont fabriqués en métallurgie des poudres.
• les Aciers alliés., L’acier est un alliage de fer et de carbone, mais le terme acier allié ne fait généralement référence qu’aux aciers qui contiennent d’autres éléments— comme le vanadium, le molybdène ou le cobalt—en quantités suffisantes pour modifier les propriétés de l’acier de base. En général, l’acier allié est un acier qui est allié avec une variété d’éléments en quantités totales comprises entre 1,0% et 50% en poids pour améliorer ses propriétés mécaniques. Les aciers alliés sont divisés en deux groupes: les aciers faiblement alliés
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  • aciers fortement alliés.
• Acier Inoxydable., Les aciers inoxydables sont définis comme des aciers à faible teneur en carbone contenant au moins 10% de chrome avec ou sans autres éléments d’alliage. La résistance et la résistance à la corrosion en font souvent le matériau de choix dans les équipements de transport et de traitement, les pièces de moteur et les armes à feu. Le chrome augmente la dureté, la résistance et la résistance à la corrosion. Le Nickel offre des avantages similaires mais ajoute de la dureté sans sacrifier la ductilité et la ténacité. Il réduit également la dilatation thermique pour une meilleure stabilité dimensionnelle.,

alliages de titane

le titane pur est plus résistant que les aciers communs à faible teneur en carbone, mais 45% plus léger. Il est également deux fois plus fort que les alliages d’aluminium faibles mais seulement 60% plus lourd. Les deux propriétés les plus utiles du métal sont la résistance à la corrosion et le rapport résistance / densité, le plus élevé de tous les éléments métalliques. La résistance à la corrosion des alliages de titane à des températures normales est exceptionnellement élevée. La résistance à la corrosion du titane repose sur la formation d’une couche d’oxyde stable et protectrice., 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 des précipitations.

les alliages de Titane sont des métaux qui contiennent un mélange de titane et d’autres éléments chimiques. De tels 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.

Grade 2

Le titane commercialement pur grade 2 est très similaire au grade 1, mais il a une résistance supérieure à celle du grade 1 et d’excellentes propriétés de formage à froid. Il offre d’excellentes propriétés de soudage et présente une excellente résistance à l’oxydation et à la corrosion. Cette catégorie de titane est la catégorie la plus commune de l’industrie commercialement pure de titane., C’est le premier choix pour de nombreux domaines d’applications:

• aérospatiale,
• automobile,
• traitement chimique & fabrication de Chlorate,
• dessalement
• production D’énergie

Grade 5 – Ti-6Al-4V

la catégorie 5 est l’alliage c’est un alliage alpha + bêta. L’alliage de Grade 5 représente 50% de l’utilisation totale du titane dans le monde entier. Il a une composition chimique de 6% d’aluminium, 4% de vanadium, 0,25% (maximum) de fer, 0,2% (maximum) d’oxygène et le reste de titane., Généralement, Ti-6Al-4V est utilisé dans des applications jusqu’à 400 degrés Celsius. Il a une densité d’environ 4420 kg/m3. Il est significativement plus résistant que le titane commercialement pur (grades 1-4) en raison de sa possibilité d’être traité thermiquement., Cette catégorie est une excellente combinaison de force, résistance à la corrosion, soudure et fabricability c’est le choix principal pour beaucoup de domaines d’applications:

• turbines d’avions
• composants de moteur
• composants structurels d’avions
• attaches aérospatiales
• pièces automatiques performantes
• applications marines

Application des alliages titaniques-utilisations

Les deux propriétés rapport résistance / densité, le plus élevé de tous les éléments métalliques., La résistance à la corrosion des alliages de titane à des températures normales est exceptionnellement élevée. Ces propriétés déterminent l’application du titane et de ses alliages. La première application de production de titane était en 1952, pour les nacelles et les pare-feu de L’avion de ligne Douglas DC-7. Une résistance spécifique élevée, une bonne résistance à la fatigue et une bonne durée de vie au fluage et une bonne ténacité à la rupture sont des caractéristiques qui font du titane un métal préféré pour les applications aérospatiales., Les applications aérospatiales, y compris l’utilisation dans les composants structurels (cellule) et les moteurs à réaction, représentent toujours la plus grande part de l’utilisation de l’alliage de titane. Sur L’avion supersonique SR-71, le titane a été utilisé pour 85% de la structure. En raison de son inertie très élevée, le titane a de nombreuses applications biomédicales, basées sur son inertie dans le corps humain, c’est-à-dire sa résistance à la corrosion par les fluides corporels.,

propriétés de L’acier vs titane

Les propriétés des matériaux sont des propriétés intensives, ce qui signifie qu’elles sont indépendantes de la quantité de masse et peuvent varier d’un endroit à l’autre dans le système à tout moment. La base de la science des matériaux consiste à étudier la structure des matériaux et à les relier à leurs propriétés (mécaniques, électriques, etc.). Une fois qu’un scientifique des matériaux connaît cette corrélation structure-propriété, il peut ensuite étudier la performance relative d’un matériau dans une application donnée., Les principaux déterminants de la structure d’un matériau et donc de ses propriétés sont ses éléments chimiques constitutifs et la manière dont il a été transformé dans sa forme finale.

Densité de l’Acier vs Titane

la Densité de l’acier typique est de 8.05 g/cm3.

la densité de l’alliage titanique typique est 4.43 g / cm3 (Ti-6Al-4V).

la Densité est définie comme la masse par unité de volume., C’est une propriété intensive, ce qui est mathématiquement définie comme la masse divisée par le volume:

ρ = m/V

Dans les mots, la densité (ρ) d’une substance est la masse totale (m) de la substance, divisé par le volume total (V) occupé par la substance. L’unité SI standard est en kilogrammes par mètre cube (kg/m3). L’unité anglaise Standard est la masse de livres par pied cube (lbm/ft3).,

étant donné que la masse volumique (ρ) d’une substance est la masse totale (m) de cette substance divisée par le volume total (V) occupé par cette substance, il est évident que la masse volumique d’une substance dépend fortement de sa masse atomique et aussi de la densité du numéro atomique (n; atomes/cm3),

• Poids atomique. La masse atomique est porté par le noyau atomique, qui n’occupe qu’environ 10 à 12 du volume total de l’atome ou moins, mais il contient toute la charge positive et au moins 99,95% de la masse totale de l’atome. Par conséquent, il est déterminé par le nombre de masse (nombre de protons et de neutrons).,
• densité de numéro atomique. La densité de numéro atomique (n; atomes/cm3), qui est associée aux rayons atomiques, est le nombre d’atomes d’un type donné par unité de volume (V; cm3) du matériau. La densité du numéro atomique (n; atomes / cm3) d’un matériau pur ayant un poids atomique ou moléculaire (m; grammes/mol) et la densité du matériau (⍴; gramme/cm3) sont facilement calculées à partir de l’équation suivante en utilisant le nombre D’Avogadro (NA = 6,022×1023 atomes ou molécules par mole):
• structure cristalline., La densité de la substance cristalline est significativement affectée par sa structure cristalline. La structure de FCC, avec son relatif hexagonal (hcp), a le facteur d’emballage le plus efficace (74%). Les métaux contenant des structures FCC comprennent l’austénite, l’aluminium, le cuivre, le plomb, l’argent, l’or, le nickel, le platine et le thorium.

propriétés mécaniques de L’acier par rapport au titane

Les matériaux sont fréquemment choisis pour diverses applications car ils présentent des combinaisons souhaitables de caractéristiques mécaniques., Pour les applications structurelles, les propriétés des matériaux sont cruciales et les ingénieurs doivent en tenir compte.

résistance de L’acier par rapport au titane

en mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à résister à une charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou le changement de dimensions du matériau qui en résulte. La résistance d’un matériau est sa capacité à résister à cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.,

résistance à la traction finale

La résistance à la traction finale de l’acier à faible teneur en carbone est comprise entre 400 et 550 MPa.

La résistance à la traction ultime de l’acier à très haute teneur en carbone est de 1100 MPa.

La résistance à la traction ultime de L’alliage de titane Ti-6Al-4V – Grade 5 est d’environ 1170 MPa.

la résistance à La traction maximale sur l’ingénierie de la courbe contrainte-déformation. Cela correspond à la contrainte maximale que peut supporter une structure en tension. Résistance à la traction est souvent abrégé en « résistance” ou même « l’ultime., »Si cette contrainte est appliquée et maintenue, il en résultera une fracture. Souvent, cette valeur est nettement supérieure à la limite d’élasticité (jusqu’à 50 à 60% de plus que le rendement de certains types de métaux). Lorsqu’un matériau ductile atteint sa résistance ultime, il subit un rétrécissement où la section transversale se réduit localement. La courbe contrainte-déformation ne contient pas de contrainte supérieure à la résistance ultime. Même si les déformations peuvent continuer à augmenter, la contrainte diminue généralement après que la résistance ultime a été atteinte., C’est une propriété intensive; par conséquent, sa valeur ne dépend pas de la taille de l’échantillon de test. Cependant, il dépend d’autres facteurs, tels que la préparation de l’échantillon, la présence ou non de défauts de surface et la température de l’environnement et du matériau d’essai. Les résistances à la traction ultimes varient de 50 MPa pour un aluminium à 3000 MPa pour des aciers à très haute résistance.

limite D’élasticité

la limite D’élasticité de l’acier à faible teneur en carbone est de 250 MPa.

la limite D’élasticité de l’acier à très haute teneur en carbone est de 800 MPa.,

la limite D’élasticité de L’alliage de titane Ti-6Al-4V – Grade 5 est d’environ 1100 MPa.

Le rendement est le point sur une courbe contrainte-déformation qui indique la limite de comportement élastique et le début comportement plastique. La limite d’élasticité ou contrainte d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où commence la déformation non linéaire (élastique + plastique). Avant la limite d’élasticité, le matériau se déformera élastiquement et retrouvera sa forme d’origine lorsque la contrainte appliquée sera supprimée., Une fois la limite d’élasticité est dépassée, une fraction de la déformation sera permanente et irréversible. Certains aciers et autres matériaux présentent un comportement appelé phénomène de limite d’élasticité. Les limites d’élasticité varient de 35 MPa pour un aluminium à faible résistance à plus de 1400 MPa pour les aciers à très haute résistance.

module D’élasticité de Young

le module d’élasticité de Young de l’acier à faible teneur en carbone est de 200 GPa.

le module D’élasticité de Young de l’alliage de titane Ti-6Al-4V – Grade 5 est d’environ 114 GPa.,

le module D’élasticité de Young est le module élastique pour la contrainte de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction. Jusqu’à une contrainte limitative, un corps pourra récupérer ses dimensions lors du retrait de la charge. Les contraintes appliquées font que les atomes d’un cristal se déplacent de leur position d’équilibre. Tous les atomes sont déplacés de la même quantité et conservent toujours leur géométrie relative. Lorsque les contraintes sont supprimées, tous les atomes reviennent à leurs positions d’origine et aucune déformation permanente ne se produit., Selon la loi de Hooke, la contrainte est proportionnelle à la contrainte (dans la région élastique) et la pente est le module de Young. Le module de Young est égal à la contrainte longitudinale divisée par la contrainte.

dureté de L’acier vs titane

la dureté Brinell de l’acier à faible teneur en carbone est d’environ 120 MPa.

la dureté Brinell de l’acier à haute teneur en carbone est d’environ 200 MPa.

La dureté Rockwell de L’alliage de titane Ti-6Al-4V – Grade 5 est d’environ 41 HRC.,

L’essai de dureté Rockwell est l’un des essais de dureté par indentation les plus courants, qui a été développé pour les essais de dureté. Contrairement au test Brinell, le testeur Rockwell mesure la profondeur de pénétration d’un pénétrateur sous une charge importante (charge majeure) par rapport à la pénétration faite par une précharge (charge mineure). La charge mineure établit la position zéro. La charge majeure est appliquée, puis retirée tout en maintenant la charge mineure., La différence entre la profondeur de pénétration avant et après l’application de la charge majeure est utilisée pour calculer le nombre de dureté Rockwell. Autrement dit, la profondeur de pénétration et la dureté sont inversement proportionnelles. Le principal avantage de Rockwell hardness est sa capacité à afficher directement les valeurs de dureté. Le résultat est un nombre sans dimension noté comme HRA, HRB, HRC, etc. où la dernière lettre est l’Rockwell échelle.

Le test Rockwell C est effectué avec un pénétrateur Brale (cône diamanté à 120°) et une charge majeure de 150 kg.,

propriétés thermiques de L’acier vs titane

Les propriétés thermiques des matériaux se réfèrent à la réponse des matériaux aux changements de leur température et à l’application de la chaleur. Comme un solide absorbe l’énergie sous forme de chaleur, sa température augmente et ses dimensions augmentent. Mais différents matériaux réagissent différemment à l’application de la chaleur.

la capacité thermique, la dilatation thermique et la conductivité thermique sont des propriétés qui sont souvent critiques dans l’utilisation pratique des solides.

point de fusion de L’acier par rapport au titane

Le Point de fusion de l’acier à faible teneur en carbone est d’environ 1450°c.,

Le Point de fusion de L’alliage de titane Ti-6Al-4V – Grade 5 est d’environ 1660°c.

en général, la fusion est un changement de phase d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le point de fusion d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le point de fusion définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre.

Conductivité Thermique de l’Acier vs Titane

La conductivité thermique de l’acier typique est de 20 W/(m.K).

la conductivité thermique de l’alliage de titane Ti-6Al-4V – Grade 5 est de 6,7 W / (m. K).,

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée conductivité thermique, K (ou λ), mesurée en W/M. K. c’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gaz), elle est donc également définie pour les liquides et les gaz.

La conductivité thermique de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend également de la pression., En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, donc nous pouvons généralement écrire k = K (T). Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = K.