C'est la composition d'un métal, c'est-à-dire les éléments qu'il contient et leurs proportions, qui détermine en fin de compte son groupe, ses propriétés et ses applications. En fonction de leur composition, les métaux sont généralement classés en trois groupes : les métaux ferreux, les métaux non ferreux et les alliages.
Le groupe des métaux ferreux est principalement composé de fer. De petites quantités d’autres métaux ou éléments, tels que le carbone, le manganèse, le nickel, le chrome, le silicium, le titane et le tungstène, peuvent être ajoutées pour obtenir les propriétés requises. Les métaux non ferreux, en revanche, ne contiennent pas de fer. Parmi les métaux purs courants, on trouve l'aluminium, le cuivre, le plomb, le zinc, l'étain, l'argent et l'or. Un alliage est un nouveau métal formé en mélangeant deux ou plusieurs métaux, et parfois d'autres éléments. Les métaux les plus largement utilisés sont globalement le fer, l'aluminium, le cuivre, le titane, le zinc et le magnésium.
Le fer est le composant de base de l'acier. Lorsque l'on ajoute du carbone, un non-métal, au fer à raison de 2,1 % maximum, on obtient un alliage appelé « acier ». Plus généralement, l'acier est un alliage de fer et d'autres éléments tels que le carbone, le manganèse, le phosphore, le soufre, le nickel, le chrome, le tungstène, le niobium (columbium) et le titane. Chaque élément ajouté à la base de fer influence les propriétés de l'acier, et ces ajouts d'éléments d'alliage sont à l'origine d'une grande partie des différences entre les divers types et nuances d'acier.
En fonction de leur teneur en carbone, les aciers sont classés en trois grands groupes. Les aciers à faible teneur en carbone comprennent les nuances allant de l'AISI 1005 à l'AISI 1026, ainsi que les aciers IF, HSLA, TRIP et TWIP. Les aciers à teneur moyenne en carbone vont de l'AISI 1029 à l'AISI 1053, et les aciers à haute teneur en carbone vont de l'AISI 1055 à l'AISI 1095.
Conformément à la norme EN, les nuances d'acier sont quant à elles réparties en plusieurs groupes : les aciers non alliés (par exemple, EN DC01 à DC06, S235 et S275), les aciers alliés (par exemple, 20CrMo4 et 25CrMo4), les aciers inoxydables, les aciers à outils (par exemple, DIN-EN 1.1545, AISI/SAE W110 et DIN-EN 1.2436 ou AISI/SAE D6), les aciers pour tôles et bandes, ainsi que les aciers pour tôles et bandes magnétiques (par exemple, EN 1.0890 et EN 1.0803).
L'industrie de l'aluminium utilise l'aluminium sous forme d'alliages moulés et corroyés. Ces deux catégories peuvent être subdivisées en familles en fonction de leur composition chimique et de leur désignation de trempage. Selon le système de désignation normalisé CEN généralement admis, les nuances d'aluminium les plus courantes appartiennent aux séries suivantes :
Les alliages de titane ne sont pas tant classés en fonction d'un élément particulier que selon l'équilibre des propriétés que leur confère leur composition. En ajustant les ajouts d'éléments d'alliage, principalement l'aluminium, le vanadium, le molybdène, l'étain, le zirconium et le palladium, on oriente le métal vers l'une des trois catégories pratiques suivantes : résistance à la corrosion, haute résistance mécanique ou performances à haute température.
Le groupe des alliages résistants à la corrosion s'articule autour du titane commercialement pur (nuances 1 à 4) et de variantes légèrement alliées auxquelles on ajoute de petites quantités de palladium, de molybdène ou de nickel afin d'améliorer la résistance dans des environnements chimiques agressifs. La résistance mécanique n'étant pas ici la priorité, ces compositions restent proches de celles du titane pur. Parmi les exemples typiques, on peut citer les nuances Ti-Pd (7, 11, 16 et 17) et la nuance Ti-0,3Mo-0,8Ni (nuance 12), qui sont privilégiées pour les traitements chimiques et les applications marines.
Le groupe des alliages à haute résistance intègre des quantités plus importantes d’aluminium et de vanadium, ainsi que, souvent, du molybdène, du chrome ou de l’étain, afin d’augmenter la résistance mécanique pour des applications structurelles et porteuses. Le produit phare de ce groupe, et de l’industrie du titane dans son ensemble, est le Ti-6Al-4V (classe 5). Parmi les autres exemples, on peut citer le Ti-6Al-6V-2Sn, le Ti-10V-2Fe-3Al et le Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, tous développés pour offrir une résistance élevée tout en conservant la légèreté caractéristique du titane.
Le groupe des alliages haute température est conçu pour conserver sa résistance mécanique et résister au fluage à des températures élevées, ce qui rend ces alliages adaptés aux moteurs et autres composants de la partie chaude. Leur composition associe généralement de l’aluminium et de l’étain à du zirconium, du molybdène et de faibles quantités de silicium qui améliorent la stabilité à haute température. Parmi les nuances représentatives, on peut citer le Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, la série IMI (notamment l'IMI 685 et l'IMI 834) et le TIMETAL 1100.
La pureté, ou titre, de l'or utilisé en joaillerie est indiquée par son nombre de carats. L'or 24 carats (24K) est la catégorie la plus pure de l'or utilisé en joaillerie. Également appelé « or fin », sa pureté est supérieure à 99,7 %. L'or « proof » est encore plus fin, avec une pureté supérieure à 99,95 %, mais il est utilisé uniquement à des fins de normalisation et n'est pas disponible pour la joaillerie.
Les formes les plus couramment utilisées du cuivre et de ses alliages sont les laitons et les bronzes. Un laiton est un alliage de cuivre et de zinc contenant entre 5 % et 42 % de zinc, comme le CuZn28, le CuZn37 et le CuZn42. Son nom allemand est « Messing » (par exemple, Ms58 correspond à CuZn42), et les laitsons sont généralement de couleur jaune.
Le bronze est un alliage de cuivre et d’autres métaux. Le plus courant est l’étain (par exemple, CuSn6, CuSn10 et CuSn14), suivi du phosphore (par exemple, PB1C, PB4C, PB3 et LPB1C) et le manganèse (par exemple, HTB1, HTB2 et HTB3), mais les bronzes peuvent également contenir de l'aluminium (par exemple, AB1C et AB2C) et du plomb (par exemple, LG1C, LG2C et LG3C).
La composition des métaux n'est qu'un aspect parmi d'autres pour comprendre comment les matériaux sont définis, comparés et sélectionnés. Pour avoir une vision complète, consultez les articles connexes de notre série consacrée aux métaux. Découvrez comment le comportement physique et mécanique des matériaux est décrit dans la rubrique « Propriétés des métaux », et apprenez-en davantage sur la manière dont les matériaux sont classés en familles dans la rubrique « Nuances de métaux ». Découvrez les documents qui définissent les matériaux dans la rubrique « Spécifications des métaux », ainsi que les cadres convenus qui les régissent dans la rubrique « Normes des métaux ». Enfin, découvrez comment les désignations issues de différents systèmes sont mises en correspondance les unes avec les autres dans la rubrique « Équivalences et références croisées des métaux ». Ensemble, ces guides relient la composition, les propriétés, les nuances, les spécifications, les normes et les équivalences au sein d’une référence unique et interconnectée.
Les métaux sont classés, selon leur composition, en trois groupes : les métaux ferreux, qui sont principalement à base de fer ; les métaux non ferreux, qui ne contiennent pas de fer ; et les alliages, qui sont formés par la combinaison de deux métaux ou éléments au moins. Les éléments spécifiques présents, ainsi que leurs proportions, déterminent les propriétés de chaque métal.
L'ajout de carbone au fer à des teneurs pouvant atteindre 2,1 % permet d'obtenir de l'acier. La teneur en carbone permet de distinguer trois grands groupes : les aciers à faible teneur en carbone (AISI 1005 à 1026), les aciers à teneur moyenne en carbone (AISI 1029 à 1053) et les aciers à forte teneur en carbone (AISI 1055 à 1095). D'autres éléments, tels que le manganèse, le chrome et le nickel, modifient encore davantage ces propriétés.
L'aluminium est utilisé sous forme d'alliages moulés et corroyés, qui sont classés en séries en fonction de leurs principaux éléments d'alliage, allant de la série 1xxx (aluminium pratiquement pur) à la série 8xxx. Chaque série présente un équilibre de propriétés qui lui est propre.
Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc contenant entre 5 % et 42 % de zinc ; il est généralement de couleur jaune. Le bronze est un alliage de cuivre et d'autres métaux, le plus souvent de l'étain, mais aussi du phosphore, du manganèse, de l'aluminium ou du plomb.
Le nombre de carats indique la pureté, ou le titre, de l'or. L'or de 24 carats (or fin) présente une pureté supérieure à 99,7 %, ce qui en fait la catégorie la plus pure utilisée en joaillerie. L'or « proof », dont la pureté dépasse 99,95 %, est utilisé uniquement à des fins de normalisation et n'est pas disponible pour la joaillerie.