Il existe de nombreux types de métaux avec différentes classifications parmi lesquelles choisir. Les éléments métalliques représentent 75 % des éléments du tableau périodique. Les métaux tels que le fer, l’acier, le cuivre, le bronze, le laiton, l’aluminium, le titane et le plomb sont utilisés de milliers de façons différentes dans la vie quotidienne.
Importance des propriétés des métaux
Bien que les métaux aient des propriétés similaires, leur adéquation diffère en fonction de l’utilisation prévue. Il existe un certain nombre de propriétés importantes : le point de fusion, la facilité d’usinage et de soudage, la résistance, la durabilité, l’esthétique, la tolérance à la température, la conductivité thermique et électrique et, bien sûr, le coût.
Ces propriétés et caractéristiques sont déterminées selon que le métal est ferreux ou non ferreux (indiquant la présence de fer) et/ou par l’ajout d’autres métaux purs (pour créer des alliages). La classification des métaux constitue donc un outil précieux pour choisir le métal adapté à un usage spécifique.
Classification des métaux
Il existe deux manières principales de classer les métaux : par teneur en fer ou par structure atomique :
Classification selon la teneur en fer
Le fait qu’un métal contienne du fer détermine la méthode de classification la plus couramment utilisée. Cela détermine que le métal est ferrique, comme l’acier, la fonte, le fer forgé. Le fer confère au métal des propriétés magnétiques et le rend sujet à la corrosion. Les métaux sans fer n’ont pas de propriétés magnétiques et sont appelés métaux non ferreux. Les exemples incluent l’aluminium, le plomb, le laiton, le cuivre et le zinc.
Classification selon la structure atomique
Les métaux sont également classés selon leur structure atomique déterminée par le tableau périodique. Ces métaux sont en outre classés comme métaux alcalins, de transition ou alcalino-terreux. Les métaux appartenant au même groupe ont tendance à se comporter de la même manière, par exemple en ayant un point de fusion bas et en s’assombrissant lorsqu’ils sont exposés à l’air.
Quelles sont les catégories de métaux ?
Les métaux sont divisés en trois catégories en fonction de leur teneur en fer : les métaux ferreux, les métaux non ferreux et les alliages métalliques.
Métaux ferriques
Près de 90 % de tous les métaux utilisés dans l’industrie manufacturière sont des métaux ferreux, comme l’acier. Le mot « ferreux » vient du mot latin « ferrum », qui signifie « fer ». Les métaux ferreux comprennent l’acier, la fonte et les alliages de fer avec d’autres métaux (tels que l’acier inoxydable). Leurs caractéristiques :
- Durabilité
- Résistance à la traction
- Conductivité électrique
- Faible résistance à la corrosion
- Recyclé
- Principalement magnétique
- Couleur argent
La résistance et la durabilité des métaux ferreux, comme la fonte et l’acier, sont largement utilisées dans le secteur de la construction pour la construction de ponts et de gratte-ciel. Les métaux ferreux se trouvent également dans les navires, les canalisations, les automobiles, les chemins de fer et divers appareils commerciaux et électroménagers.
La plupart des métaux ferreux ont une teneur élevée en carbone et ont donc tendance à rouiller. Toutefois, le fer forgé fait exception de par sa pureté, qui lui confère une résistance à la corrosion. En fusionnant les éléments, l’acier devient plus résistant à la rouille dans des conditions humides, comme l’ajout de chrome à l’acier inoxydable.
Métaux non ferreux
Les métaux non ferreux sont des alliages ou des métaux qui ne contiennent pas (ou très peu) de fer. Ils sont généralement plus chers que les métaux ferreux en raison de leur légèreté. Autres attributs :
- Propriétés non magnétiques
- Facile à traiter (y compris l’usinage, le moulage et le soudage)
- Haute résistance à la corrosion
- Bonne conductivité thermique et électrique
- Faible densité
- Non magnétique
- Variété de couleurs
Les métaux non ferreux sont généralement obtenus à partir de minéraux tels que les carbonates, les silicates et les sulfures et raffinés par électrolyse. Il s’agit notamment de l’aluminium, du cuivre, du plomb, du nickel, de l’étain, du titane et du zinc, ainsi que des alliages de cuivre tels que le laiton et le bronze. D’autres matériaux non ferreux rares ou précieux comprennent l’or, l’argent, le platine, le cobalt, le mercure, le tungstène, le lithium et le zirconium.
Les métaux non ferreux sont utilisés dans diverses applications commerciales, industrielles et résidentielles. Certains, comme les alliages d’aluminium ou de titane, peuvent remplacer l’acier, mais ils sont généralement plus chers et mieux adaptés à leur utilisation en raison de leurs propriétés spécifiques. Étant plus doux et plus malléables, les métaux non ferreux comme l’or et l’argent peuvent être utilisés dans des contextes plus esthétiques.
Alliages métalliques
Les alliages métalliques sont des combinaisons de plusieurs éléments, y compris un autre métal. Par exemple, le laiton est un alliage de deux métaux, le cuivre et le zinc. L’acier est un alliage d’un élément métallique (fer) et d’environ 2 % d’un élément non métallique (carbone).
En faisant fondre un métal, on peut renforcer une certaine propriété. Chaque composant de l’alliage apporte quelque chose de différent au mélange, créant un produit unique qui est plus dur, plus durable, plus résistant à la corrosion ou a une capacité de charge plus élevée. Pour ces raisons, ils sont très demandés dans divers domaines et industries tels que la fabrication, l’électronique, les articles ménagers, l’architecture, la plomberie, l’automobile et l’aérospatiale.
Le fer et ses alliages et leurs propriétés
Le fer est le métal le plus important dans la société moderne. Comme environ 5 % de la croûte terrestre est constituée de fer, il est relativement facile à trouver.
Le principal métal brut est le laiton et le fer, qui est ensuite transformé en fer pur. Bien que le fer pur soit plus résistant que les autres métaux, il ne résiste pas à la corrosion et est extrêmement lourd en raison de sa haute densité. En ajoutant du carbone au fer (pour créer de l’acier au carbone), ces inconvénients sont quelque peu réduits. C’est la capacité de créer de nombreux types d’acier différents qui rend le fer si important dans nos vies, des trombones aux gratte-ciel.
Différents types de métaux
Voici quelques métaux couramment utilisés :
Fer
Le fer est le métal le plus utilisé et le moins cher. Il en existe trois types : la fonte en laiton, la fonte et le fer forgé.
- Fer en laiton : forme brute de fer utilisée comme matière première pour la production de divers autres métaux ferreux tels que la fonte et l’acier.
- Fonte : Fabriquée par fusion de fer en laiton avec du coke et de la chaux. La fonte est fragile et difficile à souder. Cependant, il s’agit d’un excellent matériau d’ingénierie avec une large gamme d’applications, en particulier dans l’industrie automobile, en raison de son point de fusion relativement bas, de sa coulabilité, de son excellente usinabilité et de sa résistance à la déformation et à l’usure.
- Fer forgé : Robuste, ductile et résistant à la corrosion, le fer forgé est une forme de métal très pure avec de petites quantités de scories de silicate pressées dans les fibres. Cela signifie qu’il est idéal pour être transformé en produits tels que des balustrades, des portails et des meubles de jardin. Cependant, l’acier doux (voir ci-dessous) a largement remplacé le fer forgé.
Acier
L’acier est un alliage composé de plusieurs éléments chimiques, ainsi que de fer et de carbone, qui créent un métal solide et résistant à la fracture. Sa haute résistance à la traction et son faible coût en font le matériau le plus largement utilisé pour une grande variété de produits, depuis les bâtiments, les armes et les machines jusqu’aux équipements électriques et à une variété d’appareils.
- Acier au carbone : défini comme un acier de base composé de carbone et de fer, parfois additionné de très petites quantités d’autres éléments. Ces éléments d’alliage comprennent le manganèse, le vanadium, le chrome, le nickel et le tungstène. Ils varient en termes de résistance, de résistance à l’abrasion et à l’usure, et affectent également les propriétés électriques et magnétiques. Utilisé pour les canalisations, notamment dans les applications liées à l’énergie, c’est un métal très courant car il reste relativement bon marché à produire.
- Acier inoxydable : L’acier inoxydable a une teneur élevée en chrome qui le rend 200 fois plus résistant à la corrosion que l’acier doux. Il s’agit d’un métal très apprécié pour lequel les exigences d’hygiène et de propreté élevées sont importantes – par exemple dans les salles d’opération, les cabinets dentaires et les cuisines.
