Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Introduction (Livre page 58)

1. Quelle importance joue la Révolution Industrielle dans l’histoire de la Technologie?

A partir de la Révolution Industrielle l'acier est devenu le matériau le plus largement utilisé, principalement pour la construction de machines et d'outils, remplaçant ainsi la pierre et le bois.

2. Donnez la définition de matière première.

Les matières premières sont des ressources naturelles (produits obtenus directement de la nature) à partir desquels on extrait les matériaux utilisés dans l'industrie.

3. Donnez la définition de formes commerciales d’un matériau.

Un matériau transformé se fabrique en suivant différents processus, obtenant à chaque fois des produits à la forme et aux dimensions différentes de ce matériau. Chacune de ces formes du matériau, qu’il est possible de trouver sur le marché, se nomme forme commerciale.

4. Cite certains types de formes commerciales

Formes commerciales de l'acier:

� Barres � Tôles � Profilés � Fil de fer � Tubulaires � Fer plat

Formes commerciales du plastique: Profilés, plaques, tubes, …

5. Quels inconvénients présentent, en général, les matériaux ferreux?

� Ils s'oxydent facilement. � ils ont un haut point de fusion (température de fusion). � Ils sont difficiles à usiner (l'usinage est un type de façonnage dans lequel se

produisent des copeaux, comme par exemple le sciage, limage, perçage, … ) � Sa conductivité électrique et thermique est basse comparée à celle des autres métaux.

Construction métallique en acier. Plats

Produits semi - élaborés

Profilés laminés

Tôles

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Propriétés mécaniques des matériaux en général (Livre page 59)

6. Donnez la définition de dureté. Résistance que présente un matériau à être rayé ou pénétré. 7. Comment mesure-t-on la dureté? Grâce à l'échelle de Mohs: du niveau 1 (le matériau le plus mou, le talc) au 10 (le matériau le plus dur, le diamant). 8. Quel est le matériau le plus dur? Le diamant (dureté 10) 9. Si on découvre un matériau moins dur que le quartz, quelle dureté aura-t-il? Dureté 6 10. Donnez la définition d’élasticité.

Capacité des matériaux à récupérer leur forme originale une fois que se terminent les forces qu'on lui applique.

11. Donnez la définition de plasticité.

Capacité des matériaux à acquérir des déformations permanentes (sans récupérer sa forme primitive), lorsqu'ils sont déformés.

12. Donnez la définition de ténacité.

Résistance qu'offre un corps face aux efforts lents de déformation (sans qu'il finisse par se rompre), ce pourquoi ils absorbent une quantité déterminée d'énergie.

Une définition plus intuitive pourrait être la suivante : Résistance qu´offre un corps face à des coups, absorbant une partie de l´énergie se déformant sans se rompre.

13 .Quelle relation existe-t-il entre la ténacité et la fragilité?

La fragilité (facilité qu'ont les matériaux à se rompre) est la propriété opposée à la ténacité.

14. Donnez la définition de flexibilité. Capacité qu'ont les matériaux à être pliés sans finir par se casser. 15. Donnez la définition de malléabilité.

Propriété qu'ont les matériaux à être transformés en plaques à la suite d'un effort de compression.

16. Donnez la définition de ductilité.

Propriété qu'ont les matériaux à se transformer en fils à la suite d'un effort de traction (en étant étirés).

17. Donnez la définition de résistance mécanique.

Résistance que possèdent les matériaux à supporter des efforts mécaniques en général.

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Efforts mécaniques (Livre pages 60-61)

18. Donnez la définition d’effort de traction. Un objet supporte un effort de traction lorsqu'il reçoit une ou plusieurs forces qui tendent à l´étirer.

19. Donnez la définition d’effort de compression. Un objet supporte un effort de compression lorsqu'il reçoit des forces qui tendent à le raccourcir ou à l'écraser.

20. Donnez la définition d’effort de flexion. Un objet supporte un effort de flexion lorsqu'il reçoit des forces qui tendent à le plier, en allongeant certaines fibres de l'objet et en raccourcissant d'autres.

21. Donnez la définition d’effort de torsion. Un objet supporte un effort de torsion lorsqu'il reçoit des forces qui tendent à le tordre.

22. Donnez la définition d’effort de coupure. Un objet supporte un effort de coupure lorsqu'il reçoit une ou plusieurs forces qui tendent à le couper.

23. Réalisez un dessin de chacun de ces efforts. Différents types d’efforts:

Effort de compression

Note : Les efforts mécaniques sont produits exclusivement par des forces statiques, cela veut dire, des forces qui ne produisent pas de coups ni de chocs 24. Donnez un exemple de chacun des efforts. .

���� Traction: Câbles qui supportent des efforts, cordes de guitare. ���� Compression: piliers ou poteaux de bâtiments ou de ponts, pieds de chaises ou de tout autre

meuble, ... ���� Flexion: Poutres de bâtiments ou de ponts, planches d’étagère, d’une table, … ���� Torsion: tournevis, axes de moteur, forets, … ���� Coupure: vis et crochets sur le mur, …

25. Expliquez le concept de fibre neutre.

Lors d’un effort de flexion, la fibre neutre est la limite imaginaire qui délimite la zone de l'objet qui supporte un effort de traction de la zone de l'objet qui supporte un effort de compression.

Effort de Traction

Effort de flexion

Effort de Torsion Effort de coupure

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Présentation commerciale des matériaux métalliques (Livre pages 61 y 62)

26. Citez les formes commerciales les plus usuelles des aciers.

- Produits plats : Plaques et tôles. - Produits longs:

a. Barres Carré Rectangulaire (plat) Rond

b. Fils

- Profilés: I, L, H, U, T, Tubulaire. 27. Donnez la définition de profilé.

Profilé laminé: Objet métallique semi élaboré (utilisé lors de futures constructions métalliques) que s’obtient par laminage en froid ou en chaud. Il est toujours allongé, et peut avoir différentes formes de coupure tels que I, L, U, etc.

Considérations générales sur les métaux (Livre pages 61-62)

28. Quel est l'état de matière des métaux

Les métaux sont des éléments solides à température ambiante, sauf le mercure qui est liquide.

29. Donnez la définition de alliage.

Un alliage est un mélange d’un métal avec d’autres éléments, qui peuvent être métalliques ou non.

30. Comment classifie-t-on les métaux?

Métaux ferreux (contiennent du fer) et métaux non ferreux (ne contiennent pas de fer).

31. Quelle différence y a-t-il entre métallurgie et sidérurgie?

La métallurgie est une partie de la science qui étudie les matériaux métalliques en général. La sidérurgie est une branche de la métallurgie qui étudie les matériaux ferreux (qui contiennent du fer) en particulier.

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Métaux ferreux (Livre pages 63-64)

32. Citez les métaux ferreux. Fer pure, acier commun, acier allié, fonte. 33. Donnez la définition de fer pur.

C’est un matériau composé majoritairement de métal de fer, possédant un contenu en carbone qui ne dépasse pas 0,1%.

34. Quel est l`usage le plus courant du fer pur ?

Il est utilisé dans la construction d’électroaimants et par conséquent de machines électriques en général.

35. Donnez la définition d`acier. Alliage de fer et carbone dont le contenu en carbone est compris entre 0,1% et 2,1%

36. Donnez la définition de fonte: Ce sont des alliages de fer et carbone dont le contenu en carbone est compris entre 2,1% et 6,7%.

37. A quoi servent principalement les fontes ? Fabrication de pièces par moulage (certaines de grandes tailles), comme des radiateurs de chauffage, chaudières, carcasses de moteur, etc.

38. Donnez la définition d’aciers alliés.

Ce sont des aciers qui en plus de contenir du fer et du carbone ont d’autres éléments dans leur composition (nickel, chrome, molybdène, cobalt, … ) qui permettent d’obtenir de meilleurs propriétés (dureté, résistance mécanique, face à l’oxydation, à l’usure et au frottement, aux hautes températures etc. …)

39. Quelle est la composition de l’acier inoxydable ? Fer - carbone, chrome et nickel

40. Qu’introduit-on dans un haut fourneau ? Minéral de fer, pierre calcaire et charbon de coke.

41. Qu’est-ce que la fonte de première fusion ?

Il s’agit du matériau fondu de fer, assez chargé en carbone, que l’on obtient en fondant les matières premières dans un haut fourneau

42. Que fait-on avec la fonte de première fusion pour la transformer en aciers ou en fontes ?

La fonte de première fusion se solidifie en forme de lingots. Ensuite ces lingots sont à nouveau fondus avec de la ferraille pour fabriquer des pièces de fonte. Ou sinon on fabrique des aciers en faisant fondre les lingots de fonte de première fusion dans des fours d’affinage (aussi appelés convertisseurs) où l’on réduit la partie de carbone qu’ils contiennent.

Electroaimant: Noyau de fer pure

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Métaux non ferreux (Livre pages 64-72)

43. Quel est le critère de classification des métaux non ferreux? C’est leur poids ou leur densité 44. Comment classifie-t-on les métaux non ferreux? lourds, légers, ultralégers. 45. Quelle est la principale caractéristique du cuivre? Il s’utilise comme conducteur électrique. 46. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient le cuivre ? La cuprite, la

chalcopyrite et la malachite. 47. Le cuivre s’oxyde-t-il? Expliquez le. Au contact de l’humidité il se couvre d’une couche verte qui le protège de l’oxydation 48. Quels sont les deux usages les plus

courants du cuivre? Conducteurs et appareils électriques (bobinages). Aussi dans les tuyauteries 49. Quelle est la principale caractéristique de l’aluminium? Sa basse densité face au reste des métaux. On dit que c'est un matériau léger. 50. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient l’aluminium? Bauxite. 51. L’aluminium s’oxyde-t-il? Expliquez le.

Sa surface externe s'oxyde rapidement, en formant une couche fine qui le couvre et empêche son oxydation interne.

52. Quels sont les deux usages les plus courants de l’aluminium?

o Construction de fermetures domestiques : Fenêtres, portes, toits …

o À cause de sa légèreté et son bon comportement

face à l'oxydation il est un des matériaux les plus utilisés pour la construction navale, l’ aéronautique et de plus en plus pour les transports terrestres (trains, voitures,…)

53. Quelle est la principale caractéristique de l’étain? Il est mou. On remarque aussi le bas point de fusion: 232º C 54. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient l’étain? La cassitérite. 55. Qu’est-ce que le fer blanc?

Il s’agit d’une plaque en acier couverte avec une fine couche d'étain qui protège le matériau de l'oxydation.

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Métaux non ferreux (Livre pages 64-72)

56. Quels sont les deux usages les plus courants de l’étain?

o Un bas point de fusion: En soudure de composants électriques et en soudure de

tuyauteries

o Un bon comportement face à l'oxydation : Dans la fabrication de fer blanc.

o Nous soulignons une troisième utilisation d'importance : Il fait partie des alliages de bronze (cuivre + étain)

57. Quelle est la principale caractéristique du Zinc? Il est utilisé comme protecteur 58. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient le zinc? La Blende.

59. Qu’est-ce que la galvanisation? Il s’agit d’un processus de fabrication qui consiste à recouvrir l’acier d’une fine couche de zinc qui le protège de l’oxydation.

60. Quels sont les deux usages les plus courants du zinc?

Son utilisation principale est la fabrication d'acier galvanisé. Il est aussi utilisé dans la fabrication d'alliages métalliques comme par exemple le laiton (cuivre + zinc)

61. Quelle est la principale caractéristique du plomb? Sa haute densité, c’est pourquoi nous disons que c'est un matériau lourd.

62. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient le plomb? La galène.

63. Qu’est-ce que le saturnisme? Il s'agit d'un empoisonnement provoqué par le plomb, quand celui-ci pénètre dans l'organisme humain, aussi bien en adhérant à la peau qu’à travers la poussière ou les vapeurs de plomb.

64. Quels sont les deux usages les plus courants du plomb?

À cause de sa haute densité : il est utilisé comme élément protecteur en radiologie (rayons X) et dans des centrales nucléaires. Sous forme d'oxyde de plomb on l’utilise dans des peintures protectrices (minium) des constructions métalliques

65. Quelle est la principale caractéristique du nickel? Son caractère inoxydable.

66. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient le nickel? La nickéline.

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Métaux non ferreux (Livre pages 64-72)

67. Qu’est-ce que le nickelage? C'est un traitement superficiel qui consiste à couvrir un ou

plusieurs pièces de métal avec une très fine couche de nickel, en le protégeant ainsi de l'oxydation, et obtenant en plus un aspect extérieur plus agréable et brillant.

68. Quels sont les deux usages les plus importants du nickel? Il fait partie des aciers

inoxydables. Il fait partie des alliages de cuivre, pour lui donner aussi un caractère plus inoxydable (dans le cas de monnaies par exemple).

69. Quelle est la principale caractéristique du chrome? Sa dureté.

70. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient le chrome? La chromite.

71. Quels sont les deux usages les plus courants du chrome? Il fait partie des aciers inoxydables. Il

fait partie d'autres aciers alliés, d'une grande dureté, d’une haute résistance mécanique et au choc ; y compris en dépassant 25% de chrome l'acier allié résiste à la chaleur et à l'action des agents chimiques.

72. Quelle est la principale caractéristique du titane? Sa résistance.

73. Quel est le minéral le plus important à partir duquel on obtient le titane? Le rutile.

74. Quels sont les deux usages les plus courants du titane?

Comme élément alliable dans les aciers et les alliages de cuivre ou d'aluminium, améliorant de manière claire les produits obtenus. Par son aspect voyant, étant léger et inaltérable, on l’utilise dans des objets décoratifs comme des montres, et dans des recouvrements extérieurs de bâtiments, comme le musée Guggenheim.

75. Qu’est-ce que le bronze? C’est un alliage de cuivre et d’étain avec un contenu minimum de 60% de cuivre.

76. Quels sont les deux usages les plus courants du bronze?

Pour sa résistance à l'usure on l’utilise pour fabriquer des vis sans fin, des roues dentées, des roulements, des valves, de la robinetterie,… et aussi des hélices de bateau (le bronze est utilisé en construction navale pour sa résistance à l'oxydation et à la corrosion). Pour son aspect agréable on utilise le bronze dans des objets décoratifs de tout type, par exemple des statues.

77. Qu’est-ce que le laiton? C’est un alliage de cuivre et de zinc, avec un contenu minimum de 50%

de cuivre. 78. Quels sont les deux usages les plus courants du laiton?

Considéré comme un « bronze de pires caractéristiques » bien que plus économique, le laiton possède dans beaucoup de cas une utilisation semblable à celle du bronze : Robinets, valves, éléments décoratifs comme des poignées de portes ou des bijoux de fantaisies. Parmi les utilisations très étendues nous soulignons entre autres la fabrication de vis en laiton (grâce à son bon comportement face à l'oxydation) et de culots d'ampoules (grâce à sa bonne conductivité électrique).

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Métaux non ferreux (Livre pages 64-72)

79. Citez les instruments basiques de traçage sur métal. La pointe à tracer, le pointeau, la règle métallique, le compas à pointe. 80. Dessinez une pointe à tracer.

81. Dessinez un pointeau.

82. Expliquez le marquage au pointeau. Avec la pointe à tracer indiquer préalablement les points que l’on souhaite marquer. Frapper ensuite sur le pointeau (correctement placé sur le point) avec un marteau. On obtient un point avec la profondeur souhaitée.

83. Dessinez un compas à pointe. Compas à pointe

84. Avec quel outil découperiez-vous une plaque fine de métal?

Dessinez la. Avec une cisaille à tôle. 85. A quoi sert une meuleuse? C’est une machine manuelle constituée

d’un disque métallique qui tourne très rapidement. Elle possède en espagnol un nom plus courant: Machine RADIAL ; elle est utilisée pour couper des matériaux, râper, dégrossir ou polir des surfaces.

86. Dessinez une scie à archet. 87. Dessinez une lime en indiquant ses parties. Corps, queue ou cheville, manche. Face, pointe

88. Dessinez les différents types de limes selon leur forme. plate, ronde, demi-ronde (en esp. « media-caña »), tiers-point (ou triangulaire) 89. Qu’est-ce que et comment mesure-t-on la taille d’une lime?

C’est la mesure ou longueur commerciale. Cela coïncide avec la longueur du corps de la lime, mesurée en pouces.

Outils et techniques pour limer (Livre page 75)

Outils et techniques pour couper (Livre page 74)

Points à tracer Pointeau

Pointe Corps Queue ou cheville

Thème 2 - Les métaux: techniques et outils

Herramientas y técnicas para taladrar (Libro pág 76) 90. Pourquoi le corps des forets possède la forme d`hélice? Pour permettre aux copeaux de sortir

durant le perçage 91. Quelle vitesse de coupure doit avoir le foret d`une perceuse? Les métaux mous admettent

une vitesse de coupure rapide. Les métaux dures nécessitent une vitesse lente afin d’éviter un réchauffement excessif et la possible rupture des forets.

92. Quel équipement de protection doit-on utiliser lorsque le bruit est excessif? Un casque. 93. Est-ce que les lunettes de protection sont importantes lorsque l’on travaille le métal?

Pourquoi? Oui, parce qu’elles évitent le choc ou l’impacte des particules, étincelles ou fragments de métal avec les yeux. Une bonne partie de ces risques se produisent pendant des opérations d’usinage.

94. Est-ce que les gants de protection sont importants lorsque l’on travaille un métal? Pourquoi?

Oui, parce qu’ils évitent les coupures ou les piqûres en manipulant des pièces métalliques, particulièrement celles qui ont été usinées.

Mesures de sécurité (Livre page 77-78)

Outils et techniques pour percer (Livre page 76)