Alliage en métallurgie

En métallurgie, un alliage est un matériau métallique macroscopiquement homogène, composé d'au moins deux constituants. Parmi ces deux constituants, au moins l'un est un métal. Associé à l'autre constituant, il présente la propriété de la liaison métallique.

Un alliage peut être homogène ou hétérogène au niveau microscopique. Cela dépend du type de formation de l'alliage. Les alliages qui sont exclusivement des cristaux mixtes ou des composés intermétalliques sont homogènes, comme par exemple le cuivre-or ou le cuivre-argent. Tous les autres alliages, composés de plusieurs phases, sont hétérogènes. Un alliage hétérogène est, par exemple, un mélange d’étain et de plomb.

Les alliages sont donc toujours des mélanges de deux métaux ou plus, qui présentent des propriétés différentes de celles des métaux purs qui les composent. Ils sont obtenus par la fusion de différents métaux. L'objectif d'un alliage est de combiner les bonnes propriétés des différents éléments. On obtient ainsi un métal encore meilleur. Certains alliages peuvent également améliorer leurs propriétés mécaniques lorsqu'ils sont moulés, qu'ils aient subi un vieillissement à froid ou à chaud. Ils peuvent ainsi devenir plus résistants à la rupture, plus durs ou plus ductiles.

Les alliages présentent des surfaces brillantes, de bonnes propriétés mécaniques et une conductivité thermique et électrique élevée.

Le fer est, avec l'acier, le matériau métallique le plus important. Cela s'explique par le fait qu'il est résistant, solide, facilement disponible et peu coûteux. L'alliage fer-carbone revêt une importance particulière. On le trouve sous forme d'acier et de fonte :

• L'acier est un terme générique désignant les alliages fer-carbone déformables plastiquement, qui contiennent entre 0,2 % et 2,06 % de carbone au maximum. L'acier est malléable ; il peut être laminé, embouti et étiré. Il est possible de le tremper à chaud.
• La fonte est un terme générique désignant les alliages fer-carbone non déformables plastiquement, qui contiennent au moins 2,06 % de carbone (généralement environ 4 %). Il est dur, cassant et coulable. Il n’est pas malléable. Les produits courants en fonte sont les tuyaux, les systèmes de chauffage et les pièces de machines.

Le fer est principalement utilisé dans la construction automobile, navale, le génie civil et la construction mécanique. On le retrouve également dans la vie quotidienne sous forme de casseroles et de couverts.

Une liste complète de tous les alliages, avec leurs propriétés et leurs utilisations, est disponible sur Wikipédia.

Selon le nombre de composants d'un alliage, on parle d'alliage binaire, ternaire, quaternaire ou polynominal. Les experts parlent alors d'alliage binaire, ternaire, quaternaire ou polynominal. Seuls les composants qui déterminent les propriétés caractéristiques de l'alliage sont toutefois pris en compte.

En principe, les alliages sont classés en alliages ferreux et non ferreux. D’autres classifications découlent de la manière dont les alliages se sont formés ou des propriétés particulières qu’ils possèdent. On distingue aujourd’hui les alliages suivants :

• Les alliages naturels se forment sous l’effet de la chaleur ou par la fusion d’éléments. Ce phénomène se produit par exemple à l’intérieur des corps célestes. Ils présentent toutefois des compositions et des propriétés différentes de celles des alliages fabriqués par l’homme.
• Les alliages ferreux se présentent sous forme de fonte et d’acier. La distinction repose sur la teneur en carbone. L’acier contient au maximum 2,06 % de carbone, tandis que la fonte en contient au moins 2,06 %.
• Les alliages non ferreux sont des alliages à base de métaux non ferreux, tels que le bronze, le laiton, l'or blanc, l'or rouge ou les amalgames.
• Les alliages de diffusion se forment lorsque des atomes se répartissent dans le réseau cristallin des métaux de base. Ce type d’alliage apparaît par exemple lors de la cémentation de pièces afin de pouvoir les durcir.
• Les alliages de Heusler sont des alliages ferromagnétiques spécifiques. Ils ne contiennent ni fer, ni cobalt, ni nickel.
• Les alliages à mémoire de forme sont des métaux qui, après avoir été déformés, reprennent leur forme initiale sous l'effet de la chaleur.
• Les alliages de fonderie servent au moulage direct.
• Les alliages de corroyage sont des produits intermédiaires qui sont ensuite adaptés à leur usage spécifique par formage.
• Les pseudo-alliages sont des pièces obtenues par frittage, c'est-à-dire par compression à chaud de différentes poudres métalliques mélangées.

La fabrication des alliages s'effectue par :

• La fusion des composants
• Le frittage de composants sous forme de poudre
• Recuit (diffusion d'un élément, par exemple le carbone) à la surface d'une pièce
• L'électrolyse conjointe de sels métalliques
• La réduction conjointe d’oxydes métalliques
• Amalgamation

Pour désigner un alliage, on indique d'abord le métal de base. Viennent ensuite le ou les composants principaux, sous forme d'abréviation du métal suivie d'un chiffre indiquant leur pourcentage respectif. L'alliage CuZn37 est donc composé de cuivre auquel on a ajouté 37 % de zinc. Dans le cas de l'acier, alliage de fer et de carbone, la formulation de la formule fait exception. Le fer n'est pas mentionné. Ainsi, l'acier C37 contient par exemple 0,37 % de carbone. Le reste est du fer. Sur le plan formel, la norme DIN 1310 « Composition des phases mixtes (mélanges gazeux, solutions, cristaux mixtes) ; notions de base » régit l'indication des différents composants d'un alliage.