Comprendre les points de fusion de différents métaux est crucial. Cela l’est d’autant plus si vous travaillez dans l’industrie de la fabrication ou de la transformation des métaux.
Le point de fusion d’un métal se réfère à la température ou au niveau de chaleur à laquelle la structure d’un métal passe d’une forme solide stable à une forme fondue ou liquide.
Ce guide fournit des informations précieuses sur pourquoi les points de fusion sont critiques, les points de fusion des métaux courants, les techniques de mesure scientifique, les facteurs affectant les points de fusion des métaux et les applications industrielles.
1. Pourquoi les points de fusion des métaux sont-ils importants ?
La température de fusion d’un métal est un facteur à considérer lors de l’évaluation de ses propriétés d’application industrielle.
Cela est dû au fait que cela détermine le niveau de température ou l’étape à laquelle vous pouvez utiliser un métal particulier sans vous soucier de ses risques de défaillance.
Voici les secteurs où les points de fusion de différents métaux revêtent une grande importance.
1.1 Points de fusion des métaux dans les processus de fabrication
Lorsque vous travaillez dans le secteur de la fabrication, votre connaissance des points de fusion des métaux ou des alliages vous guidera dans le réglage des différentes températures de traitement pour différents métaux ou alliages pendant leur production.
1.2 Points de fusion dans l’identification et la classification des métaux
Les données sur le point de fusion des métaux aident à leur identification et classification. Les points de fusion vous permettent de distinguer différents métaux.
Vous pouvez également comparer différents alliages et identifier facilement leur composition.
1.3 Sélection des matériaux et conception des produits
Votre connaissance des points de fusion des métaux vous guidera dans la sélection du matériau le plus adapté à vos applications.
Par exemple, si vous désirez un composant métallique pour un environnement à haute température comme un four, vous devez choisir des matériaux métalliques ayant des points de fusion souhaitablement élevés
Le point de fusion d’un métal vous guidera également lors de la conception de vos pièces métalliques. Par exemple, plus votre conception est grande et épaisse, plus elle prendra de temps à fondre complètement.
1.4 Points de fusion des métaux pour le contrôle de qualité
En tant que fabricant ou transformateur de métal, vous pouvez vous appuyer sur les points de fusion des métaux comme mesure de contrôle de qualité.
Si vous appliquez trop de chaleur à un matériau métallique pendant le traitement, vous pouvez noter la température excessive et la comparer à son point de fusion standard.
Vous pouvez alors utiliser cette information pour évaluer si la surchauffe a causé des dommages au métal.
2. Les températures de fusion des métaux et alliages courants
Point de fusion de différents métaux
Le point de fusion d’un métal ou d’un alliage détermine son processus de production et son domaine d’application final.
Ci-dessous se trouve une liste de certains des métaux et alliages les plus courants que vous rencontrerez dans l’industrie de la fabrication
2.1 Tableau montrant les points de fusion des métaux et alliages courants
| No | Métal | Température de fusion | |
| Degrés Celsius (℃ ) | Degrés Fahrenheit (℉ ) | ||
| 1 | Aluminium | 660.3 | 1220.54 |
| 2 | Béryllium | 1287 | 2348.6 |
| 3 | Cobalt | 1495 | 2723 |
| 4 | Cuivre | 1084.62 | 1984.316 |
| 5 | Or | 1064.18 | 1947.524 |
| 6 | Fer | 1538 | 2800.4 |
| 7 | Plomb | 327.5 | 621.5 |
| 8 | Magnésium | 650 | 1202 |
| 9 | Nickel | 1453 | 2647.4 |
| 10 | Osmium | 3045 | 5513 |
| 11 | Platine | 1772 | 3221.6 |
| 12 | Argent | 961.78 | 1763.204 |
| 13 | Étain | 232 | 449.6 |
| 14 | Titane | 1668 | 3034.4 |
| 15 | Tungstène | 3422 | 6191.6 |
| 16 | Uranium | 1132 | 2069.6 |
| 17 | Vanadium | 1910 | 3470 |
| 18 | Zinc | 419.53 | 787.154 |
| Alliages | |||
| 1 | Laiton | ||
| 2 | Bronze | 900-1100 | 1652-2012, |
| 3 | Acier doux | 1370-1510 | 2498-2750 |
| 4 | Acier inoxydable | 1400-1450 | 2552-2642 |
| 5 | Acier | 1370-1511 | 2498-2751.8 |
2.2 Graphique montrant le point de fusion des métaux
3. Facteurs affectant le point de fusion des métaux
Le point de fusion des métaux représente la température à laquelle le métal commence à fondre.
Vous pourriez vous demander si cette température doit rester constante dans toutes les conditions.
Certainement pas.
Les points de fusion des métaux purs sont influencés par les éléments suivants :
3.1 Structure atomique du métal
Les éléments métalliques sont constitués d’atomes avec un nombre spécifique de protons et d’électrons. Les électrons occupent les couches externes des atomes. Ils aident les atomes à se lier entre eux pour former des structures de réseau métallique.
Ainsi, plus un atome métallique possède d’électrons, plus les atomes se lieront fortement entre eux, et plus le point de fusion du métal sera élevé.
3.2 Masse atomique d’un métal
La masse atomique d’un métal fait référence au nombre de particules chargées positivement appelées protons et au nombre de particules neutres appelées neutrons que le métal possède.
Les protons et les neutrons d’un métal particulier ont des masses similaires.
Comment affectent-ils alors les points de fusion de vos métaux ?
Si vous avez un métal avec une masse atomique plus lourde, cela signifie que le métal a plus de protons et de neutrons, et par conséquent, plus d’électrons sur sa couche externe.
Et parce que les électrons facilitent la liaison entre les atomes, cela signifie que plus la masse atomique est élevée, plus de chaleur sera nécessaire pour rompre la liaison. Ainsi, votre métal aura un point de fusion plus élevé.
3.3 Liaison Métallique
Liaison Métallique et ses propriétés
Saviez-vous que pour les métaux, les électrons dans la couche externe de leurs atomes, également appelés électrons de valence, peuvent être délocalisés ?
Cela permet aux électrons de se déplacer librement dans toute la structure de réseau du métal pour créer des liaisons métalliques plus fortes entre les atomes du métal.
Plus les électrons peuvent être délocalisés d’un atome métallique, plus les liaisons métalliques sont fortes et plus le point de fusion du métal est élevé.
3.4 Structure Cristalline & Taille des Grains des Métaux
À l’état solide, les particules métalliques sont arrangées soit dans des structures cristallines, soit amorphes. La structure cristalline d’un métal détermine son point de fusion.
Les métaux avec des tailles de grains plus grandes permettent plus de liaisons entre les atomes et, par conséquent, ont des points de fusion plus élevés par rapport à ceux avec des tailles de grains plus petites.
3.5 Influence de la Température
Lorsque vous augmentez la température d’un métal par chauffage, ses atomes reçoivent plus d’énergie. Les atomes commencent alors à vibrer jusqu’à ce que les forces qui les lient ensemble soient affaiblies.
Avec plus de chauffage, les atomes gagnent l’énergie optimale pour se libérer les uns des autres et le métal commence à fondre.
3.6 Influence de la Pression
Pour certaines substances comme la glace, une augmentation de la pression abaisse leur point de fusion. Cependant, pour les métaux, une augmentation de la pression augmente le point de fusion du métal.
3.7 Niveau d’Impuretés
Si vous avez des métaux purs alors leurs points de fusion seront définis.
Cependant, lorsque vous exposez votre métal à des impuretés ou contaminants, les liaisons formant la structure normale de laitue du métal seront affaiblies lors du chauffage.
En conséquence, le point de fusion du métal sera réduit car les liaisons liant les atomes métalliques seront facilement affaiblies et rompues.
3.8 Compositions des Alliages
Un métal pur qui a une structure atomique régulière avec des liaisons fortes uniformes entre eux.
Cependant, dans la composition d’alliage, différents éléments de différentes tailles atomiques sont introduits, affaiblissant ainsi les liaisons entre les atomes.
En conséquence, les alliages ont des points de fusion plus bas que ceux des métaux individuels qui les constituent.
4. Comment Déterminer les Points de Fusion des Métaux en Laboratoire
Si vous avez un échantillon ou des échantillons de métaux, vous souhaiterez peut-être mesurer avec précision leurs points de fusion soit pour le contrôle de la qualité lors du traitement, soit pour des fins de recherche.
Voici les principales techniques de laboratoire que vous pouvez adopter
4.1 Analyse Thermogravimétrique (TGA)
La technique de mesure thermogravimétrique implique de soumettre votre échantillon de métal à un chauffage contrôlé à l’intérieur d’un four programmable et dans un environnement contrôlé avec une balance sensible.
La balance surveille les changements dans la masse du métal contre les changements de temps ou de température. Il peut y avoir soit une augmentation soit une diminution de la masse du métal à mesure que la température augmente.
Vous pouvez ensuite analyser les données générées pour déterminer le point de fusion du métal.
4.2 Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)
La technique de Calorimétrie Différentielle à Balayage vous aide à mesurer les changements de chaleur pour déterminer le point de fusion de votre métal. Comment cela fonctionne-t-il ?
Vous chauffez votre échantillon de métal dans une atmosphère contrôlée et enregistrez les changements de température. Vous analysez ensuite les changements enregistrés pour déterminer le point de fusion de votre échantillon.
Le principal avantage de cette technique est que vous pouvez l’utiliser avec un métal thermiquement stable qui peut être chauffé à des températures élevées.
4.3 Microscopie à Chaud (HSM)
Cette technique de mesure du point de fusion d’un métal implique d’observer et d’enregistrer les changements sous un microscope puissant au fur et à mesure que l’échantillon de métal est chauffé.
Les changements notés dans la structure et la forme du métal. Ces changements aident à déterminer le point de fusion du métal.
Vous pouvez utiliser cette technique pour mesurer des changements de température petits qui pourraient ne pas être possibles avec d’autres méthodes telles que la TGA ou la DSC.
5. Applications des Points de Fusion des Métaux dans Différentes Industries
Ci-dessous, quelques-uns des secteurs clés où la connaissance des points de fusion des métaux est appliquée.
5.1 Industries de soudure et de fabrication
Votre connaissance des points de fusion des métaux est importante si vous êtes dans le secteur de la soudure ou de la fabrication.
Le matériel que vous choisissez, la technique de soudure que vous adoptez, l’équipement que vous sélectionnez et les niveaux de température que vous réglez, sont tous guidés par le point de fusion du métal sur lequel vous prévoyez de travailler.
Faire le bon choix assure que vos soudures restent fortes, durables et de haute qualité.
5.2 Métallurgie et Procédés de Fabrication
Si vous êtes dans le secteur de la fabrication de métaux, vous apprécierez le rôle que joue votre connaissance des points de fusion des métaux dans vos processus de fabrication.
Pendant les processus d’extrusion, de coulée, ou de forgeage des métaux, une meilleure compréhension des points de fusion des métaux est critique.
Pour produire des pièces ou des composants de qualité à travers de tels processus, vous devez choisir le bon matériel et déterminer les bonnes températures de fusion.
5.3 Industrie Aérospatiale et Défense
Lors des vols, certains composants métalliques d’un avion sont soumis à d’énormes pressions et températures.
Pour que ces pièces tolèrent des conditions extrêmes de chaleur et de pression, leurs températures de fusion et leur résistance doivent être bien supérieures.
C’est pourquoi vous trouverez le Titane et ses alliages utilisés dans la fabrication des avions en raison de leurs points de fusion super élevés et d’autres excellentes propriétés.
5.4 Industrie Automobile
Dans l’industrie automobile, différentes pièces métalliques sont utilisées. Ces pièces ont différents points de fusion basés sur les normes établies.
Un système d’échappement de voiture, par exemple, est fabriqué en acier inoxydable dont le point de fusion est élevé. La tête de cylindre d’un moteur est fabriquée en métal d’aluminium et a un point de fusion bas.
Ainsi, lors de la production de pièces, votre compréhension des points de fusion des différents métaux vous aidera à éviter les défauts résultant d’une surchauffe.
5.5 Points de Fusion des Métaux dans la Fabrication de Bijoux
Pour fabriquer industriellement des produits de bijouterie et des accessoires accrocheurs, maîtriser les points de fusion de vos matériaux métalliques est crucial.
Les métaux courants de fabrication de bijoux comme l’argent, l’or et l’acier inoxydable, ont différents points de fusion.
Ainsi, en tant que bijoutier, pour produire des produits captivants et sans défauts par la coulée ou les processus de soudure, vous devez déterminer et contrôler les points de fusion en conséquence.
5.6 Points de Fusion des Métaux dans les Processus de Recherche et Développement Chimique
En tant que chercheur étudiant différents métaux, votre compréhension des points de fusion des métaux peut vous guider dans la création de nouveaux alliages pour diverses applications industrielles.
De plus, équipé d’une meilleure compréhension du point d’ébullition de différents métaux, vous pouvez facilement vous aventurer dans d’autres domaines de recherche dans le secteur électronique, le secteur de l’énergie renouvelable, ou le secteur médical.
6. Conclusion
Le point de fusion des métaux se réfère à l’énergie requise pour transformer un métal solide en liquide.
Cette information est significative pour identifier et classer les métaux.
En tant que fabricant ou métallurgiste, votre compréhension des points de fusion des métaux et des facteurs les affectant est cruciale.
Cette connaissance vous aide à déterminer les températures les plus adaptées pour divers processus de fabrication ou de façonnage. Elle assure également que vos produits remplissent efficacement leurs applications industrielles.
Il existe diverses techniques de laboratoire que vous pouvez adopter pour mesurer les points de fusion des différents métaux pour l’analyse du contrôle de qualité ou vos recherches.