Le choix du métal approprié est essentiel pour trouver le juste équilibre entre les coûts de production, l'intégrité structurelle et la durabilité. Dans l'industrie manufacturière moderne, les métaux sont généralement classés en deux grandes catégories : les métaux ferreux (à base de fer) et les métaux non ferreux (sans fer). Ce guide complet passe en revue les 20 principaux métaux industriels, leurs propriétés distinctives et leurs applications concrètes idéales afin de vous aider à faire des choix éclairés en matière de matériaux.
Les trois types de métaux ferreux
Tout métal à forte teneur en fer et aux caractéristiques magnétiques est un métal ferreux. La dureté, la durabilité et la résistance à la traction des métaux ferreux sont prépondérantes dans l'industrie manufacturière.
Leurs caractéristiques conviennent parfaitement aux gratte-ciel, aux ponts, aux chemins de fer et aux véhicules. Ils sont utiles à la fois à l'industrie et à l'architecture. L'acier, la fonte et le fer forgé sont les trois types de métaux ferreux les plus répandus.
Acier
L'acier est un alliage de fer contenant un pourcentage précis de carbone (généralement inférieur à 2%) afin d'améliorer considérablement la résistance à la traction et à la rupture par rapport au fer pur. Les aciers industriels sont généralement classés en quatre grandes catégories.
Acier au carbone
L'acier au carbone présente généralement un aspect mat et terne et est très sensible à la corrosion s'il n'est pas traité. On distingue trois types d'acier au carbone : à faible teneur, à teneur moyenne et à forte teneur en carbone, ces derniers contenant respectivement environ 0,30 %, 0,60 % et 1,5 % de carbone.
Acier allié
L'acier allié combine plusieurs métaux tels que le nickel, le cuivre et l'aluminium. Les aciers alliés sont préférés pour les pièces automobiles, les pipelines, les coques de navires et les projets mécaniques. Ils sont moins chers et résistent mieux à la corrosion. La concentration des ingrédients détermine la résistance de ces alliages.
Acier inoxydable
L'acier inoxydable est de loin le plus répandu sur le marché. Ce type d'acier est brillant et contient entre 10 et 20% de chrome comme principal élément d'alliage. Cette teneur en chrome forme une couche protectrice passive qui améliore considérablement la résistance à la corrosion tout en conservant une excellente formabilité pour divers procédés de fabrication.
Acier à outils
L'acier à outils est réputé pour sa dureté et sa résistance à la chaleur et à l'abrasion. Les alliages de cette catégorie sont optimisés pour la fabrication d’outillages à usage intensif, de matrices pour machines et d’équipements de découpe industriels. Enrichis en cobalt, en molybdène et en tungstène, les aciers à outils présentent une dureté à chaud, une stabilité thermique et une résistance à l’usure exceptionnelles dans des conditions de forte sollicitation.
Application : Tôles pour les carrosseries embouties, les appareils électroménagers, la construction, les rails de chemin de fer et les fils.
Fonte
Il s'agit d'un alliage de fer contenant entre 2 et 4% de carbone, des quantités variables de silicium et de manganèse, ainsi que des traces de soufre et de phosphore. Il est produit dans des hauts fourneaux par réduction chimique du minerai de fer.
Applications industrielles idéales :
Automobile : Blocs-moteurs, culasses et disques de frein (en raison de leur conductivité thermique élevée).
Bâtiment et engins de chantier : Supports, socles de machines et tubes à usage intensif (en raison de leur haute densité et de leurs propriétés d'amortissement des vibrations).
Fer forgé
Le fer forgé est un alliage de fer hautement malléable à très faible teneur en carbone (moins de 0,08%). Contrairement à la fonte, qui est cassante, le fer forgé contient des fibres de scories microscopiques qui lui confèrent un ‘ grain ’ unique, semblable à celui du bois. Cette structure fibreuse le rend exceptionnellement robuste, résistant à la corrosion et facile à forger ou à souder pour obtenir des formes complexes.
Application :
Fabrication de tuyaux
Barres pour boulons d'ancrage
Boulons du moteur
Rivets
Plaques
Chaînes uniques
Crochets de grue
Autres applications de forgeage
Classification : les 17 métaux non ferreux essentiels
En métallurgie, les métaux non ferreux désignent les métaux ou alliages qui ne contiennent pas de quantités significatives de fer. Les alliages non ferreux sont choisis pour des applications exigeant des caractéristiques techniques critiques, notamment un rapport résistance/poids élevé, une conductivité électrique et thermique supérieure, des propriétés amagnétiques et une résistance exceptionnelle à la corrosion. Ils sont souvent plus coûteux que les métaux ferreux.
Aluminium
L'aluminium est un métal argenté, doux et léger. Il porte le numéro atomique 13 et appartient au groupe du bore dans le tableau périodique. L'aluminium est le métal le plus abondant de la croûte terrestre et le troisième élément le plus abondant après l'oxygène et le silicium. Il représente 8% du poids de la surface solide de la Terre.
L'aluminium est à la fois un excellent conducteur thermique et électrique. C'est un métal léger dont la densité et la rigidité ne représentent qu'un tiers de celles de l'acier. Grâce à sa grande ductilité et à sa malléabilité, l'aluminium offre une excellente usinabilité et peut être facilement moulé ou extrudé pour obtenir des profilés complexes.
Application :
Lignes électriques
Immeubles de grande hauteur
Cadres de fenêtres
Electronique grand public
Appareils ménagers et industriels
Composants d'aéronefs
Composants de l'engin spatial
Navires
Trains
Véhicules personnels
Nickel
Il présente une teinte blanc-argenté, avec un aspect brillant et des reflets dorés. Le nickel est considéré comme un métal utile en raison de ses propriétés de malléabilité et de résistance à la corrosion. Le nickel est principalement extrait de deux types de gisements : les sulfures magmatiques et les latérites.
Le nickel peut se mélanger à l'acier, au fer, au cuivre, au chrome, à l'aluminium, au plomb, au cobalt, à l'argent, à l'or, etc. Cela permet de créer de l'acier inoxydable, de la fonte et d'autres alliages.
Le nickel est un composant courant dans la production d'alliages. Il est également important dans les transports, l'aérospatiale, la marine, l'architecture et les produits de consommation. Il est utile dans la production de couverts, de pièces de monnaie, d'aimants et d'autres métaux.
Cuivre
Le cuivre est un métal de transition qui porte le numéro 29 dans le tableau périodique. Il a un poids atomique de 63,55 UAM et 29 neutrons (unités de masse atomique). C'est un métal ductile et malléable de couleur rouge-or qui est également un bon conducteur de chaleur et d'électricité. Le cuivre a été le premier métal utilisé par l'homme et il est encore aujourd'hui l'un des métaux les plus courants.
**Applications :** Le cuivre est couramment utilisé dans les fils électriques, les dissipateurs thermiques, les électroaimants et les moteurs électriques. Il est également utilisé dans les éléments de structure et les tuyaux. Le cuivre excelle dans ces applications grâce à son processus d’oxydation atmosphérique, qui forme une patine protectrice empêchant la corrosion en profondeur.
Laiton
Le laiton est un métal rouge non ferreux constitué d'alliages de cuivre et de zinc. En modifiant le rapport cuivre/zinc, on modifie les propriétés du matériau, ce qui permet d'adapter ses caractéristiques mécaniques et électriques. S'agissant d'un alliage de substitution, les atomes des deux éléments constitutifs peuvent occuper le même site dans le réseau cristallin.
Applications : Le laiton se coule bien, il est solide et attrayant. Il possède également des propriétés antibactériennes en raison de sa forte teneur en cuivre. Le laiton est un matériau populaire pour les instruments de musique, les garnitures décoratives, les attaches, les douilles de balles, etc.
Bronze
Le bronze est un alliage métallique, principalement composé de cuivre et contenant 12% d'étain. Outre ces deux éléments, l'aluminium, l'arsenic, le manganèse, le phosphore et le silicium présentent des caractéristiques distinctes.
Les principaux types d'alliages de bronze sont les suivants :
Bronze au plomb
Bronze phosphoreux
Bronze d'aluminium
Bronze au silicium
Bronze au manganèse
Le bronze possède de nombreuses caractéristiques distinctes qui le rendent idéal pour diverses utilisations, de l'art à la technologie informatique. Le bronze a une teinte brun rougeâtre, est complexe et cassant, et a une température de fusion de 950 degrés Celsius.
Applications : Les propriétés du bronze en font un métal idéal pour des utilisations à la fois pratiques et esthétiques, telles que la marine et la pêche. Les chantiers navals choisissent souvent des accessoires et des hélices en bronze pour de nombreux bateaux et navires. En effet, le bronze présente une grande résistance à la corrosion.
Certains alliages de bronze sont parfaits pour les applications électriques car ils conduisent bien l'électricité. Le matériau présente un faible frottement métal/métal, ce qui est idéal pour les utilisations soumises à de fortes contraintes, comme les coussinets et les roulements. Cela inclut les utilisations dans les bagues et les roulements.
Zinc
Le zinc (Zn) est un élément polyvalent largement utilisé dans les secteurs industriels et biologiques. Bien qu'il soit cassant et de couleur blanc-bleuâtre à température ambiante, il présente un aspect métallique brillant lorsqu'il est poli.
Le zinc est un métal primaire qui est principalement utilisé pour galvaniser l'acier afin de le protéger contre la corrosion. Les alliages de zinc comme le laiton sont utilisés dans de nombreux domaines. Ils sont parfaits pour les pièces navales résistantes à la corrosion et pour les instruments de musique.
Applications : L'acier galvanisé est utilisé pour les carrosseries de voitures, les poteaux d'éclairage public, les barrières de sécurité et les ponts suspendus.
Les pièces moulées sous pression sont essentielles pour les secteurs de l'automobile, de l'électricité et de la quincaillerie. Elles nécessitent beaucoup de zinc. Le laiton, le maillechort et la soudure à l'aluminium sont des alliages qui contiennent du zinc.
L'oxyde de zinc est présent dans de nombreux produits. Il s'agit notamment des peintures, du caoutchouc, des cosmétiques, des médicaments et des plastiques. On le trouve également dans les encres, les savons, les piles, les textiles et les équipements électriques. Les peintures lumineuses, les lampes fluorescentes et les écrans à rayons X utilisent tous du sulfure de zinc.
Argent
L'argent est un métal blanc brillant qui présente une bonne conductivité électrique et un attrait esthétique. Il fait partie des métaux dits précieux, avec l'or et les métaux du groupe du platine.
L'argent permet de réaliser des circuits électriques imprimés et de recouvrir les conducteurs électroniques par dépôt en phase vapeur. L'argent possède en effet la conductivité électrique et thermique la plus élevée de tous les métaux. Il peut également être allié au nickel ou au palladium pour être utilisé dans les connexions électriques.
Applications : Depuis longtemps, l'argent est utilisé pour fabriquer des pièces de monnaie, des décorations et des bijoux. L'argent est utilisé comme catalyseur. Il peut transformer l'éthylène en oxyde d'éthylène avec une grande efficacité. Ce composé est un élément clé de la construction de nombreux produits chimiques.
L'or
L'or est un métal précieux jaune riche et brillant appartenant au groupe 11 (Ib) de la période 6. Il possède plusieurs caractéristiques qui l'ont rendu très précieux au cours de l'histoire. Il a une belle couleur et un bel éclat. Il est presque indestructible et très flexible. On le trouve généralement à l'état pur dans la nature. L'histoire de l'or ne ressemble à celle d'aucun autre métal en raison de sa valeur perçue depuis la nuit des temps.
Applications: L'or est surtout connu pour la fabrication de monnaie, de décorations, de bijoux et de dorures. L'or vert est un choix populaire pour les bijoux. Il s'agit d'un alliage d'or, d'argent et de cuivre dont la valeur en carats varie de 14 à 18 carats.
L'or est également utilisé dans le secteur du textile. Les tubes électroniques utilisent des fils de grille plaqués or. Cette conception améliore la conductivité et réduit les émissions secondaires.
Plomb
Le plomb (Pb) est un métal lourd dont la densité est supérieure à celle de la plupart des autres métaux. Il est mou et flexible, et son point de fusion est bas. Le plomb est argenté avec une touche de bleu lorsqu'il vient d'être coupé ; il se ternit et devient gris terne lorsqu'il est exposé à l'air.
Applications : Nous utilisons le plomb dans :
Batteries de voiture
Pigments
Munitions
Gaine de câble
Soulever des poids
Ceintures de plongée
Verre en cristal de plomb
Radioprotection
Le plomb convient au stockage de liquides corrosifs. L'architecte utilise le plomb dans les vitraux et les toitures.
Cobalt
C'est un métal peu connu qui a de nombreuses utilisations, des faits intéressants et des caractéristiques uniques. Il fait partie des éléments du bloc d, ou métaux de transition, du tableau périodique.
Le cobalt, comme de nombreux autres métaux de transition, se trouve généralement sous la forme d'un alliage. L'extraction du cobalt se fait généralement par le biais de l'exploitation minière. Le Congo et la Zambie, sur le continent africain, sont réputés pour l'extraction du cobalt.
Application : Comme le cobalt, à l'instar du fer, peut être magnétique, la fabrication d'aimants est un exemple d'utilisation du cobalt. Mais un alliage avec de l'aluminium et du nickel produit des aimants puissants.
Les applications à haute température telles que les turbines à réaction et les générateurs de turbines à gaz font également partie des utilisations du cobalt. Son aspect attrayant, sa dureté et sa résistance à la corrosion le rendent populaire dans la galvanoplastie.
Pendant des millénaires, les sels de cobalt ont été utilisés dans la peinture, la porcelaine, le verre, la poterie et les émaux pour créer de magnifiques couleurs bleues. Certains pays utilisent le cobalt 60, un isotope radioactif, pour guérir le cancer et irradier les aliments pour les conserver.
Platine
Le platine est un métal non réactif que l'on trouve en petites quantités dans la nature. C'est un métal noble en raison de sa résistance exceptionnelle à la corrosion, même à haute température. Avec une abondance moyenne d'environ 5 μg/kg, c'est l'un des éléments les plus rares de la croûte terrestre.
Les minerais de nickel et de cuivre ont des quantités spécifiques. La majeure partie de l'offre mondiale, soit environ 80%, provient de gisements natifs d'Afrique du Sud.
Applications : Le platine est souvent utilisé dans l'industrie de la bijouterie. Il est principalement utilisé dans les convertisseurs catalytiques pour les automobiles, les camions et les bus. La réaction utilise le platine comme catalyseur pour l'acide nitrique, le silicone et le benzène dans l'industrie chimique. Les piles à combustible utilisent également le platine comme catalyseur pour améliorer leur efficacité.
Le platine est également souvent utilisé dans le secteur de l'électronique pour les disques durs d'ordinateurs et les thermocouples. Les fibres optiques et les écrans LCD, les pales de turbines, les bougies d'allumage, les stimulateurs cardiaques et les plombages dentaires sont tous fabriqués en platine.
Les composés de platine sont essentiels au traitement du cancer. Les chercheurs les utilisent dans des contextes industriels et biologiques.
Etain
C'est un métal argenté, résistant à la corrosion, mou et malléable. Il se lie à diverses molécules chimiques. La cassitérite et la stannine sont des minéraux clés de l'étain. On les trouve en Malaisie, en Thaïlande, au Zaïre, en Indonésie et en Bolivie. La réduction du charbon permet d'obtenir de l'étain pur. Cette fiche technique explore les caractéristiques et les utilisations de l'étain.
Applications : Pour éviter la corrosion, il doit être très poli et recouvre d'autres métaux, comme les boîtes de conserve en étain, dont l'acier est recouvert d'étain. Les alliages d'étain, tels que la soudure tendre, l'étain, le bronze et le bronze phosphoreux, sont également utilisés pour l'étain. Les aimants supraconducteurs doivent également contenir un alliage niobium-étain.
Pour créer une surface plane, les fabricants produisent la plupart des vitres en faisant flotter du verre fondu sur de l'étain fondu. Une pulvérisation de sels d'étain forme sur la surface du verre des couches conductrices d'électricité.
Tungstène
Il s'agit d'un métal de transition qui figure dans la même colonne que le chrome et le molybdène dans le tableau périodique. Le membre le plus lourd de ce groupe est le tungstène, dont la masse atomique est de 183 grammes par mole.
Le tungstène a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux et renforce les autres métaux. Les secteurs de la métallurgie, de l'exploitation minière et du pétrole font tous appel au carbure de tungstène en raison de sa grande dureté. Le carbure de tungstène est obtenu en chauffant de la poudre de tungstène et de carbone à 2200°C et en les combinant.
Historiquement, le tungstène était couramment utilisé pour les filaments des ampoules à incandescence ; toutefois, celles-ci ont été largement abandonnées à l'échelle mondiale en raison de leur faible rendement lumineux et de leur dissipation thermique excessive.
Le tungstène et ses alliages sont utilisés dans de nombreuses applications à haute température. Il s'agit notamment des électrodes de soudage à l'arc et des pièces pour les fours à haute température.
Les outils de coupe et de forage en carbure de tungstène sont exceptionnels. Il s'agit notamment d'un nouveau foret dentaire "indolore" qui tourne à très grande vitesse. L'éclairage fluorescent utilise souvent des tungstates de calcium et de magnésium.
Titane
Il s'agit d'un métal structurel léger, très résistant et peu corrosif, utilisé comme alliage dans les composants aéronautiques à grande vitesse.
Il est abondant et constitue 0,44 % de la croûte terrestre. Presque toutes les roches, le sable, l'argile et d'autres sols contiennent ce métal sous une forme ou une autre. Il peut également être présent dans les plantes, les animaux, les cours d'eau naturels, les dragues de haute mer, les météorites et les étoiles.
Applications : De nombreuses industries utilisent des alliages de titane. Elles les apprécient pour leur faible densité et leur capacité à résister à des températures extrêmes. On les trouve dans les avions, les engins spatiaux et les missiles. Les clubs de golf, les ordinateurs portables, les bicyclettes et les béquilles en contiennent également.
Les condenseurs des centrales électriques utilisent le titane en raison de sa résistance à la corrosion. Le titane est également utilisé dans les usines de dessalement. De plus, il protège les coques des navires, des sous-marins et d'autres structures en eau salée. Cela est dû à sa forte résistance à la corrosion dans l'eau de mer.
Le titane métal se lie bien à l'os. C'est pourquoi les procédures chirurgicales utilisent souvent le titane. Il s'agit notamment des prothèses articulaires, en particulier des articulations de la hanche, et des implants dentaires.
Le titane est le plus souvent utilisé sous forme d'oxyde de titane(IV). Vous pouvez le trouver dans une large gamme de produits, y compris les peintures d'intérieur, les peintures pour artistes, les plastiques, les émaux et le papier. Parce qu'il empêche les rayons UV d'atteindre la peau, les écrans solaires contiennent également du titane.
Palladium
Le palladium, qui fait partie des quatre principaux métaux précieux, est une matière première très volatile, dont les cours dépendent en grande partie de la demande en catalyseurs automobiles et de la dynamique de l'offre industrielle. Il reste un composant essentiel des systèmes antipollution des voitures et des camions.
Les pots catalytiques des automobiles utilisent le palladium plus que tout autre matériau. Certains plombages et couronnes dentaires, ainsi que des bijoux. Les ordinateurs portables et les téléphones mobiles contiennent des condensateurs en céramique. Ils montrent une façon d'utiliser le palladium dans l'électronique. Les fabricants les fabriquent à partir de couches de palladium prises en sandwich entre des couches de céramique.
Uranium
Il s'agit d'un métal lourd qui est utilisé comme source d'énergie concentrée depuis plus de 60 ans. Il est présent dans la plupart des roches en quantités de 2 à 4 parties par million, et il est aussi abondant que l'étain, le tungstène et le molybdène dans la croûte terrestre.
Applications : Les centrales nucléaires utilisent l'uranium comme combustible nucléaire pour produire de l'énergie. Les scientifiques se concentrent sur la création d'autres éléments transuraniens synthétiques à partir de cette substance. L'armée l'utilise également pour alimenter les sous-marins nucléaires et l'armement.
Bismuth
Le bismuth (Bi) est l'élément le plus métallique et le moins abondant du groupe de l'azote. Le bismuth est un métal dur, cassant et brillant, doté d'une structure cristalline grossière. Sa couleur - gris-blanc avec une teinte rougeâtre - le distingue de tous les autres métaux.
Applications : Les alarmes incendie et les extincteurs, ainsi que les fusibles électriques et les soudures, utilisent le bismuth.
Résumé
La science des matériaux de pointe continue d'explorer et de développer de nouveaux alliages métalliques et composites afin de répondre aux besoins en constante évolution de l'industrie. L'avenir de l'industrie repose sur ces matériaux émergents, qui permettront d'atteindre une efficacité accrue, une résistance aux températures extrêmes et une durabilité améliorée dans tous les secteurs à l'échelle mondiale.
Mais l'article d'aujourd'hui se concentre sur les vingt métaux les plus fréquemment utilisés dans le monde. Nous les avons classés en deux catégories : les métaux ferreux et les métaux non ferreux. Nous avons également indiqué les applications de chacun d'entre eux.