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Métaux ferreux et non ferreux : Guide complet pour les débutants
La différence physique fondamentale entre les métaux ferreux et non ferreux est le fer. Les métaux ferreux contiennent du fer, tandis que les métaux non ferreux n'en contiennent pas. Dans les métaux ferreux, la teneur en fer est élevée. Dans les métaux non ferreux, la teneur en fer est quasiment nulle.
Exemples de les métaux ferreux sont :
- Acier
- Acier inoxydable
- Fonte
- et le fer forgé.
Exemples de métaux non ferreux :
- Aluminium
- Cuivre
- Laiton/Bronze
- Or, argent et platine
- Titane
Cette distinction est importante car la dernière chose que vous voulez faire est de choisir le mauvais métal pour votre projet. Votre choix a une incidence sur la durabilité, les performances et le coût pendant toute la durée de vie du produit.
Que sont les métaux ferreux ?
Pour commencer, il faut savoir que les métaux ferreux sont tous les métaux dont le fer est le composant principal. Le fer représente plus de 50% du poids du métal. Cette teneur élevée en fer confère à ces métaux une résistance et des caractéristiques magnétiques particulières.
À l'origine, le mot “ferreux” vient du mot latin “ferrum”, qui signifie fer. C'est pourquoi le symbole chimique du fer s'écrit comme suit Fe au lieu de I. Vous verrez cette racine latine utilisée dans tous les livres de science et de métallurgie que vous lirez.
Propriétés importantes des métaux ferreux
Tout d'abord, les métaux ferreux ont des propriétés magnétiques. C'est la teneur en fer qui est à l'origine de cette caractéristique. Il est très facile d'attirer ces métaux avec des aimants. Le champ magnétique aligne facilement les minuscules électrons du fer. C'est pourquoi vous utilisez un aimant pour trouver un petit clou dans la terre !
Deuxièmement, vous constaterez que ces métaux ont une bonne résistance et une bonne durabilité. La résistance à la traction est élevée. Cette résistance rend les métaux ferreux idéaux pour la construction des bâtiments, des grands ponts et des machines lourdes que nous utilisons dans nos champs.
Troisièmement, les métaux ferreux sont plus lourds et plus denses que les métaux non ferreux. La teneur en fer augmente le poids du métal. En outre, la teneur élevée en carbone rend la plupart des métaux ferreux vulnérables à la rouille.
Types courants de métaux ferreux
Acier au carbone
L'acier doux contient une faible teneur en carbone, généralement 0,05-0,25%. Ce matériau est facile à souder, à former et à usiner. Ensuite, vous devez choisir l'acier doux lorsque vous avez besoin d'un matériau de construction à usage général.
Sur Reddit, de nombreuses personnes demandent : “L'acier au carbone est-il plus résistant que le fer pur ?” Bien sûr, il est beaucoup plus solide car le carbone agit comme une colle qui maintient les atomes de fer en place.
Ceci étant dit, une question fréquemment posée sur Quora est la suivante : “Pourquoi mon acier au carbone rouille-t-il si vite ?”. Il faut donc se rappeler que l'acier au carbone ne bénéficie pas de la protection du chrome comme l'acier inoxydable. Enfin, veillez à appliquer une couche d'huile ou de peinture pour éloigner l'humidité du métal.
Acier allié 4140, 4130, 4340
L'acier au carbone ordinaire n'est parfois pas suffisant pour les voitures et les avions très rapides. Pour y remédier, il faut ajouter des éléments spéciaux comme le chrome, le nickel et le manganèse. Ces éléments modifient la personnalité du métal et le rendent plus résistant à la chaleur d'un moteur à réaction.
Grade 4140 a chrome et molybdène. Il présente également une teneur en carbone plus élevée, de l'ordre de 0.40%. L'acier 4140 est le meilleur choix pour les arbres et les engrenages.
Grade 4130 contient un peu moins de carbone. C'est pourquoi il offre une bonne soudabilité. On le préfère pour les structures aéronautiques et les arceaux de sécurité des voitures de course, car il est facile d'assembler les tubes à l'aide d'une torche de soudage.
Grade 4340 est souvent appelé le roi car il offre la résistance la plus élevée parmi les aciers alliés courants. En ajoutant du nickel au mélange, on obtient une excellente ténacité et une résistance à l'usure. Sur Reddit, les internautes posent souvent la question suivante“Le 4340 est-il meilleur que le 4140 ?” Bien sûr, il est beaucoup plus résistant, mais il faut s'assurer que le traitement thermique du 4340 est correct.
Acier inoxydable 304, 316
Il faut savoir que l'acier inoxydable n'est pas du fer ordinaire. Pour le rendre “inoxydable”, il faut ajouter Chrome.
L'acier inoxydable doit contenir au moins 10,5% de chrome. De plus, si vous rayez le métal, le chrome réagit à nouveau avec l'air et “guérit” instantanément la couche. C'est pourquoi vos cuillères en acier inoxydable restent brillantes pendant des années.
Grade 304
Le grade 304 contient :
- 18% Chrome
- 8% Nickel
Vous bénéficiez ainsi d'une excellente résistance à la corrosion, d'une bonne aptitude au formage et d'une bonne soudabilité. Sur les forums de bricolage, de nombreuses personnes demandent : “Quel est le meilleur acier pour un évier de cuisine ?” Bien sûr, la réponse est presque toujours la nuance 304. Il supporte sans problème le savon, l'eau et la chaleur.
Grade 316
Cependant, il arrive que la nuance 304 ne soit pas suffisante. La qualité 316 ajoute un élément spécial appelé molybdène. Cet ingrédient supplémentaire confère au métal une résistance supérieure à la corrosion. Vous devriez spécifier le 316 pour la marine, le traitement chimique et même les implants médicaux.
Notez qu'il est toujours préférable d'utiliser du 316 lorsqu'il y a des chlorures. Le grade 304 peut présenter de minuscules petits trous appelés “piqûres” dans l'eau salée, mais le grade 316 résiste beaucoup mieux aux chlorures et aux acides.
Fonte
Ensuite, la fonte contient 2-4% de carbone. Vous obtenez un matériau qui se coule bien pour le moulage de formes complexes. La teneur élevée en carbone rend la fonte plus fragile que l'acier, mais excellente pour les charges de compression.
La fonte grise contient des flocons de graphite qui lui confèrent de bonnes propriétés d'amortissement. On trouve ce matériau dans les blocs moteurs, les bases de machines-outils et les plaques d'égout.
La fonte ductile offre une ductilité améliorée grâce à un traitement spécial. Vous obtenez des propriétés plus proches de l'acier tout en conservant la capacité de moulage. Ce matériau est utilisé dans les tuyaux, les pièces automobiles et les pièces d'éoliennes.
Fer forgé
Le fer forgé, quant à lui, contient très peu de carbone, souvent moins de 0,08%. Vous travaillez avec du fer presque pur mélangé à des inclusions de scories fibreuses.
Les fibres de laitier créent un aspect de grain de bois lorsqu'elles sont fracturées. On obtient ainsi une ductilité et une ténacité élevées. Le fer forgé résiste mieux à la fissuration par fatigue que l'acier. Toutefois, il perd en dureté et en résistance par rapport à l'acier.
Acier à outils
Enfin, l'acier à outils représente les nuances d'acier à haute teneur en carbone et d'acier allié. Vous obtenez des valeurs de dureté supérieures à 60 HRC après le traitement thermique. Cela permet aux outils de conserver des arêtes vives en cas de fortes contraintes.
Les nuances d'acier à outils comprennent les aciers durcissant à l'eau, les aciers durcissant à l'huile, les aciers durcissant à l'air et les aciers rapides. Le choix se fait en fonction des exigences de l'application. Les types d'acier durcissant à l'eau coûtent moins cher mais se fissurent plus facilement.
L'acier rapide contient du tungstène, du molybdène, du chrome et du vanadium. Il permet d'obtenir une dureté rouge, c'est-à-dire que le matériau reste dur même à des températures élevées.
Que sont les métaux non ferreux ?
Les métaux non ferreux sont des matériaux sans teneur significative en fer. Vous travaillez avec des métaux contenant moins de 1% de fer ou pas de fer du tout. Dans leur forme élémentaire pure, tous les métaux, à l'exception du fer, sont considérés comme des métaux non ferreux.
La découverte du cuivre vers 5000 avant notre ère a mis fin à l'âge de pierre et a marqué le début de l'âge du cuivre. L'âge du bronze a débuté vers 3300 avant notre ère, lorsque les hommes ont appris à allier le cuivre à l'étain.
Propriétés importantes des métaux non ferreux
Tout d'abord, les métaux non ferreux résistent naturellement à la corrosion. Ils sont donc idéaux pour les applications extérieures et marines.
Deuxièmement, ces métaux sont non magnétiques. Vous pouvez les utiliser à proximité d'appareils électroniques sensibles sans interférence magnétique. Cela s'avère utile pour le câblage, les composants informatiques et les pièces scientifiques.
Troisièmement, vous constaterez que les métaux non ferreux pèsent généralement moins que les métaux ferreux. L'aluminium pèse environ un tiers du poids de l'acier.
Types courants de métaux non ferreux
Aluminium et alliages d'aluminium
Pour commencer, l'aluminium est le métal non ferreux le plus utilisé aujourd'hui. L'aluminium pur est mou, mais l'alliage permet de le renforcer considérablement.
La nuance 6061 contient du magnésium et du silicium. Vous obtenez une bonne soudabilité, une bonne formabilité et une résistance modérée. Ensuite, vous pouvez extruder le 6061 en profils complexes.
Le grade 7075 incorpore du zinc pour une résistance maximale. Vous sacrifiez une partie de la résistance à la corrosion pour obtenir des propriétés mécaniques supérieures.
L'aluminium forme naturellement une couche d'oxyde protectrice. Vous évitez ainsi la rouille, même dans des environnements difficiles. Le matériau peut être anodisé pour une meilleure protection contre la corrosion. Peu après l'exposition à l'air, cette couche d'oxyde se développe automatiquement.
Cuivre et alliages à base de cuivre
Ensuite, le cuivre offre la meilleure conductivité électrique de tous les métaux courants, à l'exception de l'argent. Le cuivre pur offre une conductivité de 100% IACS.
Le matériau présente une couleur rouge-orange caractéristique. Le cuivre est facilement identifiable à l'œil nu. Le cuivre développe une patine verte au fil du temps lorsqu'il est exposé à l'atmosphère. Cette patine le protège contre la corrosion.
Le cuivre est très ductile et malléable. Ce matériau accepte facilement les opérations de formage, de cintrage et d'étirage.
Laiton
Le laiton est un alliage. Le laiton combine le cuivre et le zinc, généralement 60-70% de cuivre et 30-40% de zinc.
L'ajout de zinc est très judicieux car il augmente la résistance du métal et réduit le coût par rapport à l'utilisation de cuivre pur.
En outre, vous pouvez facilement usiner le laiton en atelier. Ce matériau est très apprécié des machinistes car il accepte sans problème les opérations de filetage, de tournage et de fraisage. Il laisse derrière lui une excellente finition de surface, brillante et professionnelle.
Bronze
De nombreuses personnes sont déconcertées et demandent : “Monsieur, est-ce que... ? Le bronze est-il la même chose que le laiton ?” Alors que le laiton utilise du zinc, Bronze contient du cuivre allié principalement à de l'étain. Ce petit changement fait une énorme différence. Vous obtenez un matériau encore plus dur et plus résistant à la corrosion que le laiton.
Plomb
Le plomb est un métal très différent. Il est très mou. Il est également très dense et lourd, avec un point de fusion très bas.
La meilleure propriété du plomb est sa haute densité. Cette densité lui permet de bloquer très efficacement les rayons X et les rayons gamma.
Le plomb fond à seulement 621°F. C'est pourquoi il est facile de le couler dans des moules à l'aide d'un équipement de base. Il est beaucoup plus facile à fondre que l'acier ou le cuivre.
Zinc
Le zinc est avant tout un revêtement protecteur. L'acier est plongé dans un bain de zinc liquide. Le zinc adhère à l'acier pour éviter la rouille
Le zinc a un point de fusion bas d'environ 787°F. Par conséquent, le moulage sous pression du zinc est utilisé pour produire de manière très économique des formes complexes telles que des carburateurs ou de petits jouets.
Etain
L'étain métal est très particulier car il est peu toxique.
TL'acier de revêtement est utilisé pour fabriquer les “boîtes de conserve” que nous utilisons pour l'emballage des aliments. La fine couche d'étain empêche le fer contenu dans l'acier d'entrer en contact avec les aliments. Sans étain, nos conserves de fruits et de haricots auraient un goût de métal et seraient abîmées par la rouille !
Titane
Le titane est le roi des métaux non ferreux : le titane. C'est un métal performant dont les ingénieurs raffolent.
De plus, le titane forme instantanément une “couche d'oxyde tenace” au contact de l'air. Cette couche est encore meilleure que celle de l'acier inoxydable.
Cependant, le titane coûte beaucoup plus cher que l'acier ou l'aluminium. Le matériau est très difficile à extraire de la terre et très difficile à usiner en atelier.
Nickel
Par conséquent, le nickel peut être utilisé à la fois comme métal pur et comme élément d'alliage. On ajoute du nickel à l'acier pour créer de l'acier inoxydable et améliorer la résistance à la corrosion. Le nickel pur résiste à de nombreux produits chimiques corrosifs et à des températures élevées.
Les alliages de nickel peuvent être soumis à des conditions extrêmes. L'inconel contient du nickel, du chrome et du fer pour les moteurs à réaction et les réacteurs nucléaires. Le nickelage protège l'acier de la corrosion.
Or, argent, platine
L'or présente une excellente résistance à la corrosion et ne ternit jamais. L'or est utilisé pour la bijouterie, l'électronique et les réserves monétaires.
L'argent offre la conductivité électrique et thermique la plus élevée de tous les métaux. Vous obtenez ainsi les meilleures performances pour les contacts électriques à courant élevé.
Le platine résiste aux températures extrêmes et à la corrosion. On trouve le platine dans les convertisseurs catalytiques, les équipements de laboratoire et les appareils médicaux. Ce matériau coûte plus cher que l'or mais offre une bonne résistance chimique.
Fabrication de métaux ferreux et non ferreux
Usinage CNC
Les métaux ferreux sont généralement plus difficiles à usiner que les métaux non ferreux. L'usure des outils augmente lors de l'usinage de l'acier et du fer. Vous devez utiliser des outils en céramique ou en outils de coupe en carbure pour l'usinage de production. fraise en carbure, forets en carbure
Le laiton au plomb s'usine mieux que tout autre métal. On obtient des vitesses élevées avec d'excellents états de surface. Les particules de plomb brisent les copeaux et lubrifient l'outil de coupe...
L'aluminium s'usine facilement avec des outils en acier rapide et en carbure. L'usinage est plus rapide que celui de l'acier. Toutefois, le matériau tendre peut gommer les arêtes de coupe si la géométrie de l'outil et le liquide de coupe ne sont pas appropriés.
Outils diamantés, en particulier Fraises en bout PCD, Les forets PCDet Alésoirs PCD, offrent la solution parfaite pour le traitement de haute précision des métaux non ferreux.
Soudage
Ensuite, le soudage de l'acier est un processus bien connu. Vous avez le choix entre de nombreuses méthodes, notamment le soudage à l'arc, le soudage MIG, le soudage TIG et le soudage à l'arc avec fil fourré. Le matériau accepte facilement ces procédés avec des techniques appropriées.
Le soudage de l'aluminium demande plus de soin. Il faut enlever la couche d'oxyde et utiliser un gaz de protection inerte. Les procédés TIG ou MIG avec un équipement spécialisé sont les plus efficaces. La conductivité thermique élevée de l'aluminium exige un apport de chaleur plus important que celle de l'acier.
Le soudage de l'acier inoxydable doit faire l'objet d'une attention particulière afin d'éviter l'appauvrissement en chrome. En l'absence de techniques appropriées, vous risquez une sensibilisation et une réduction de la résistance à la corrosion. Des matériaux d'apport spéciaux et un contrôle de la chaleur permettent de conserver les propriétés de la zone de soudure.
Formage et mise en forme
Quant à l'acier doux, il peut être formé à froid pour des rayons de courbure modérés. Les tôles d'acier peuvent être estampées, roulées et formées par freinage. Le matériau se durcit pendant le formage, ce qui augmente la résistance des zones pliées.
La formabilité des alliages d'aluminium est très variable. Les alliages 3003 et 5052 donnent d'excellents résultats. Toutefois, le 7075 à haute résistance doit être chauffé pour les pliages importants. Le matériau se fissure s'il est déformé trop fortement à température ambiante.
Le cuivre et le laiton se déforment très bien à froid. Vous pouvez créer des formes embouties et des courbes serrées. Ces matériaux acceptent le filage et d'autres opérations de formage spécialisées. La ductilité élevée empêche la formation de fissures en cas de déformation importante.
Conclusion
On choisit les métaux ferreux lorsqu'on a besoin de solidité et d'un faible coût pour les grandes structures. Vous choisissez les métaux non ferreux lorsque vous avez besoin d'une protection contre la rouille ou d'un poids léger pour l'électronique. Comprendre ces deux groupes vous permet de construire des objets qui durent. Désormais, vous pouvez regarder n'importe quel métal et différencier facilement les métaux ferreux des métaux non ferreux.
FAQ
1. Quels sont les 5 métaux non ferreux ?
- Aluminium
- Cuivre
- Plomb
- Nickel
- l'étain, le titane et le zinc
2. Différence entre les métaux ferreux et non ferreux sous forme de tableau
Caractéristique | Métaux ferreux | Métaux non ferreux |
Composition primaire | Contient du fer | Ne contient pas de fer |
Magnétisme | Magnétique | Non magnétique. |
Résistance à la corrosion | Risque de rouille | Haute résistance à la rouille |
Poids | Généralement lourd | Généralement léger |
Résistance à la traction | Très élevé | Variable |
Conductivité | Plus bas | Excellent |
Coût | Généralement moins cher | Plus cher |
3 : Comment savoir si un métal est ferreux ou non ?
Voici les quatre moyens les plus fiables de faire la différence entre un matériau ferreux et un matériau non ferreux :
- Le test de l'aimant. C'est la méthode la plus rapide
- Inspection visuelle
- Le test de l'étincelle
- Poids et son
