Introduction aux propriétés et utilisations de huit matériaux métalliques communs

1 、 Fonte-Fluidité

Les couvercles de trous d'homme, souvent négligés dans notre environnement quotidien, sont largement fabriqués à partir de fonte, principalement en raison de son excellente fluidité et de sa facilité de moulage dans diverses formes complexes. La fonte est en fait un mélange de plusieurs éléments, dont le carbone, le silicium et le fer. Plus la teneur en carbone est élevée, meilleure est sa fluidité pendant le processus de coulée. Le carbone apparaît dans la fonte sous forme de graphite et de carbure de fer.

La présence de graphite dans la fonte donne trous d'homme couvre une excellente résistance à l'usure. La rouille ne se forme généralement qu'en surface et est généralement polie. Cependant, des mesures antirouille sont toujours appliquées pendant le processus de coulée, telles que le revêtement de la surface de la fonte avec une couche d'asphalte, qui pénètre dans les pores de la fonte et agit comme un inhibiteur de rouille. Le processus traditionnel de moulage par sable est maintenant utilisé par de nombreux concepteurs dans d'autres domaines nouveaux et intéressants.

Caractéristiques matérielles:Excellente fluidité, faible coût, bonne résistance à l'usure, faible rétrécissement de solidification, fragile, haute résistance à la compression, bonne usinabilité.

Utilisations typiques:La fonte est utilisée depuis des siècles dans l'architecture, les ponts, les composants d'ingénierie, l'ameublement et les ustensiles de cuisine.

2 、 Acier inoxydable-L'amour pour la résistance à la rouille

L'acier inoxydable est un alliage fabriqué en ajoutant du chrome, du nickel et d'autres éléments métalliques à l'acier. Sa propriété résistante à la rouille provient de la teneur en chrome de l'alliage, qui forme une couche forte et auto-cicatrisante d'oxyde de chrome à la surface, invisible à l'œil nu. Le rapport du chrome au nickel dans l'acier inoxydable commun est généralement 18:10. Le terme «acier inoxydable» ne fait pas référence à un seul type d'acier inoxydable mais à plus d'une centaine de types d'aciers inoxydables industriels, chacun développé pour des applications spécifiques.

L'acier inoxydable a été introduit dans la conception des produits au début du 20ème siècle. Les concepteurs ont développé de nombreux nouveaux produits autour de sa ténacité et de sa résistance à la corrosion, pénétrant dans des domaines qui n'avaient jamais été explorés auparavant. Ces tentatives de conception étaient révolutionnaires: par exemple, des équipements stérilisables et réutilisables sont apparus pour la première fois dans l'industrie médicale.

L'acier inoxydable est divisé en quatre types principaux: austénitique, ferritique, duplex (ferritique-austénitique) et martensitique. L'acier inoxydable utilisé dans les articles ménagers est principalement austénitique.

Caractéristiques matérielles:Hygiénique, résistant à la corrosion, capable de traitement de surface fin, haute rigidité, peut être façonné à travers diverses méthodes de traitement, difficile à froid travail.

Utilisations typiques:L'acier inoxydable austénitique est le matériau le plus approprié pour la coloration et peut obtenir une couleur et une forme satisfaisantes. Il est principalement utilisé dans les matériaux de construction décoratifs, les articles ménagers, les tuyauteries industrielles et les structures de construction. L'acier inoxydable martensitique est principalement utilisé pour fabriquer des outils et des aubes de turbine. L'acier inoxydable ferritique, avec sa résistance à la corrosion, est principalement utilisé dans les machines à laver durables et les composants de chaudière. L'acier inoxydable duplex, avec sa résistance à la corrosion supérieure, est souvent utilisé dans les environnements corrosifs.

3 、 Zinc - 730 livres dans une vie

Le zinc, avec son aspect bleu argenté, est le troisième métal non ferreux le plus utilisé après l'aluminium et le cuivre. Selon les statistiques de l'U.S. Geological Survey, une personne moyenne consomme un total de 331 kilogrammes de zinc au cours de sa vie. Le zinc a un point de fusion bas, ce qui en fait un matériau de coulée idéal.

Les pièces moulées en zinc sont très courantes dans notre vie quotidienne: les matériaux situés sous les poignées de porte, les robinets et les composants électroniques sont souvent en zinc, qui présente une excellente résistance à la corrosion. Cette propriété en fait également un matériau de base pour le revêtement de surfaces en acier. Au-delà de ces utilisations, le zinc est également un matériau d'alliage avec du cuivre pour former du laiton. Sa résistance à la corrosion n'est pas seulement appliquée aux revêtements en acier-elle contribue également à stimuler le système immunitaire humain.

Caractéristiques matérielles:Hygiénique, résistant à la corrosion, excellente castabilité, résistance à la corrosion exceptionnelle, hRésistance aux breuvages, dureté élevée, matières premières peu coûteuses, bas point de fusion, résistant au fluage, forme facilement des alliages avec d'autres métaux, bénéfiques pour la santé, cassants à température ambiante, ductiles à environ 100 ° C.

Utilisations typiques:Composants électroniques, l'un des matériaux d'alliage du bronze, matériaux de toiture, plaques de photogravure, antennes de téléphone portable et volets de l'appareil photo.

4 、 Aluminium (Al) -Le matériau moderne

Comparé à l'or, utilisé depuis 9,000 ans, l'aluminium-un métal légèrement bleuâtre-blanc-peut être considéré comme un nouveau venu parmi les métaux. L'aluminium a été découvert et nommé au début du 18e siècle. Contrairement à d'autres éléments métalliques, l'aluminium n'existe pas dans la nature sous sa forme métallique mais est extrait de la bauxite, qui contient de l'oxyde d'aluminium 50% (également appelé alumine). Sous cette forme, l'aluminium est l'un des éléments métalliques les plus abondants sur Terre.

Lorsque l'aluminium a été découvert pour la première fois, il n'était pas immédiatement utilisé dans la vie quotidienne. Plus tard, une série de nouveaux produits ont été développés qui ont capitalisé sur ses fonctions et propriétés uniques, et ce matériau de haute technologie a progressivement gagné un marché plus large. Bien que l'aluminium ait une histoire d'utilisation relativement courte, son volume de production sur le marché dépasse maintenant de loin la production totale d'autres produits métalliques non ferreux.

Caractéristiques matérielles:Ductile, facilement allié, rapport poids/résistance élevé, excellente résistance à la corrosion, conductrice, thermiquement conductrice, recyclable.

Utilisations typiques:Cadres structurels pour le transport, les composants des avions, les ustensiles de cuisine, les emballages et les meubles. L'aluminium est également utilisé pour renforcer de grandes structures architecturales, telles que la statue d'Eros à Piccadilly Circus, à Londres, et le sommet du Chrysler Building à New York.

5 、 Alliage de magnésium-Conception esthétique ultra-mince

Le magnésium est un métal non ferreux très important, plus léger que l'aluminium, et forme des alliages à haute résistance avec d'autres métaux. Les alliages de magnésium présentent des avantages tels qu'une structure légère, une résistance et une rigidité spécifiques élevées, une bonne conductivité thermique et électrique, d'excellentes propriétés d'amortissement et d'absorption des chocs, une formabilité facile et une recyclabilité facile. Cependant, en raison des coûts élevés et des limitations techniques, le magnésium et ses alliages ont longtemps été utilisés en petites quantités dans les industries aérospatiale, militaire et aéronautique, donc appelés «métaux nobles»." Aujourd'hui, le magnésium est le troisième métal d'ingénierie le plus couramment utilisé après l'acier et l'aluminium, largement appliqué dans l'aérospatiale, l'automobile, l'électronique, les communications mobiles et la métallurgie. En raison de la hausse des coûts de production d'autres métaux structurels, l'importance du magnésium devrait augmenter à l'avenir.

Les alliages de magnésium pèsent 68% autant que les alliages d'aluminium, 27% autant que les alliages de zinc et 23% autant que l'acier, et sont couramment utilisés dans les pièces automobiles, les boîtiers de produits 3C et les matériaux de construction. La plupart des boîtiers ultra-minces pour ordinateurs portables et téléphones portables sont en alliage de magnésium. Depuis le siècle dernier, il y a eu une passion non diminuée pour la texture et le lustre des métaux. Bien que les produits en plastique puissent imiter l'apparence des métaux, ils n'ont toujours pas l'éclat, la dureté, la température et la sensation des métaux réels. L'alliage de magnésium, en tant que nouveau matériau métallique, donne une sensation de produit de haute technologie.

La résistance à la corrosion de l'alliage de magnésium est huit fois celle de l'acier au carbone, quatre fois celle de l'alliage d'aluminium et plus de dix fois celle du plastique, ce qui en fait le meilleur alliage résistant à la corrosion. Les alliages de magnésium courants sont ininflammables, en particulier lorsqu'ils sont utilisés dans les composants automobiles et les matériaux de construction, pour empêcher la combustion instantanée. Le magnésium se classe huitième en abondance dans la croûte terrestre, la plupart des matières premières en magnésium étant extraites de l'eau de mer, c'est donc une ressource stable et abondante.

Caractéristiques matérielles:Structure légère, haute rigidité, résistance aux chocs, excellente résistance à la corrosion, bonne conductivité thermique et blindage électromagnétique, ininflammable, mauvaise résistance à la chaleur, recyclable.

Utilisations typiques:Largement utilisé dans l'aérospatiale, l'automobile, eleCtronics, communications mobiles et métallurgie.

6 、 Cuivre-Compagnon de l'humanité

Le cuivre est un métal incroyablement polyvalent, intimement lié à nos vies. De nombreux premiers outils et armes humains étaient en cuivre. Son nom latin "cuprum" vient d'un endroit appelé Chypre, une île riche en cuivre, et l'abréviation "Cu" est dérivée du nom de l'île, donnant au cuivre son symbole actuel.

Le cuivre joue un rôle crucial dans la société moderne: il est largement utilisé dans les structures de construction, en tant que transporteur pour la transmission d'électricité, et pendant des milliers d'années, il a été utilisé par diverses cultures comme matériau pour les ornements de corps. De la simple transmission de code aux applications de communications modernes complexes, ce métal ductile et rougeâtre a accompagné notre développement. Le cuivre est un excellent conducteur d'électricité, juste après l'argent. En termes de durée pendant laquelle les humains ont utilisé des matériaux métalliques, le cuivre vient juste après l'or en tant que l'un des métaux les plus anciens utilisés par les humains. C'est en grande partie parce que les mines de cuivre sont faciles à extraire et que le cuivre peut être facilement séparé de son minerai.

Caractéristiques matérielles:Excellente résistance à la corrosion, conductivité thermique et électrique exceptionnelle, dure, flexible, ductile, et fournit un effet unique lorsqu'il est poli.

Utilisations typiques:Fils électriques, bobines de moteur, circuits imprimés, matériaux de toiture, matériaux de plomberie, matériaux de chauffage, bijoux, ustensiles de cuisine et comme principal composant d'alliage en bronze.

7 、 Post-traitement de chrome à haute brillance

Le chrome est le plus couramment utilisé comme élément d'alliage dans l'acier inoxydable pour augmenter sa dureté. Le placage au chrome est généralement disponible en trois types: placage décoratif, placage au chrome dur et placage au chrome noir. Le chromage est largement utilisé en ingénierie, avec un placage de chrome décoratif généralement appliqué comme couche la plus externe sur le placage de nickel, offrant une finition délicate et polie de type miroir. En tant que technique de post-traitement décorative, l'épaisseur du chromage n'est que de 0.006 millimètres. Lorsqu'on envisage le chromage, il est essentiel de prendre conscience de ses dangers. Au cours de la dernière décennie, les solutions de chrome décoratif hexavalent ont été de plus en plus remplacées par des solutions de chrome trivalent en raison de la forte cancérogénicité du premier, tandis que le second est considéré comme relativement moins toxique.

Caractéristiques matérielles:Extrêmement haute brillance, excellente résistance à la corrosion, durable, facile à nettoyer, hygiénique, coûteux, hautement toxique pendant le traitement.

Utilisations typiques:Pièces automobiles, appareils sanitaires, quincaillerie architecturale, couteaux et fourchettes, ustensiles de cuisine, outils à main, appareils électriques, garde-temps et bijoux.

8 、 Titane-Le métal le plus léger

Le titane a le rapport résistance/poids le plus élevé parmi les matériaux métalliques communs. Il est connu comme «le métal le plus léger», et sa résistance et sa dureté dépassent de loin celles de l'aluminium, du cuivre et de l'acier inoxydable. Sa densité n'est que 60% de celle de l'acier, mais il possède une résistance comparable. Le titane et ses alliages ont été largement utilisés dans l'aérospatiale, l'automobile, la construction, le sport et d'autres domaines depuis les années 1960. Bien que le titane présente d'excellentes caractéristiques, son application a été limitée pendant longtemps en raison du besoin d'équipements sophistiqués dans le processus d'extraction et des coûts de production élevés.

Avec les progrès de la technologie d'extraction et la réduction des coûts de production, la production industrielle de titane s'est progressivement étendue des industries initiales de la défense et de l'aviation à d'autres industries. En plus de leur faible densité et de leur haute résistance, les alliages de titane ont également une résistance à la corrosion exceptionnelle et d'excellentes performances de soudage, ce qui en fait un matériau parfait pour les équipements sportifsClubs de golf et vélos, assurant qu'ils maintiennent leur éclat dans diverses conditions météorologiques. Ils sont également largement utilisés dans les dispositifs médicaux comme les implants orthopédiques et les implants dentaires en raison de leur bonne biocompatibilité.

Caractéristiques matérielles:Léger, résistant à la corrosion, bonne ductilité, rapport poids/résistance élevé, coût élevé.

Utilisations typiques:Produits de haute performance tels que des engins spatiaux, des fusées, des avions, des pièces automobiles et divers équipements sportifs. Le titane est également utilisé dans les métaux à usage quotidien, tels que les clubs de golf, les montures de lunettes, les couteaux et fourchettes et les montres.