Une compréhension des conventions de dénomination des métaux est essentielle pour que les ingénieurs, les acheteurs et les concepteurs puissent naviguer sur le marché mondial et sélectionner les matériaux adaptés à leurs applications.
1 Introduction : Le langage des métaux
Les systèmes de désignation des métaux fournissent un langage standardisé pour identifier et classer la vaste gamme de métaux et d’alliages utilisés dans l’industrie. Plutôt que d'être des chaînes aléatoires de chiffres et de lettres, ces codes sont structurés pour transmettre des informations spécifiques sur la composition chimique, les propriétés mécaniques, la méthode de traitement ou une combinaison de ceux-ci d'un matériau. Comprendre ce langage est crucial pour spécifier les matériaux lors des achats, garantir la qualité de la fabrication et maintenir la sécurité dans les applications critiques dans les secteurs de l'aérospatiale, de la construction et des dispositifs médicaux.
Ces systèmes varient considérablement selon les pays et les organismes de normalisation, créant un paysage complexe pour les professionnels travaillant avec des chaînes d'approvisionnement internationales. Le système de numérotation unifié américain (UNS) diffère considérablement des normes chinoises GB ou des normes allemandes DIN. Malgré cette diversité, la plupart des systèmes suivent des schémas logiques qui, une fois compris, révèlent les informations qu'ils contiennent. Ce guide décrypte les principales méthodologies derrière les principaux systèmes de désignation des métaux au monde, vous permettant de prendre des décisions matérielles éclairées, quelle que soit la norme référencée.
2 Classification fondamentale des métaux
Avant de se plonger dans les conventions de dénomination spécifiques, il est essentiel de comprendre les grandes catégories dans lesquelles les métaux sont classés, car cela influence souvent la manière dont ils sont désignés.
Métaux ferreux et métaux non ferreux : La division la plus fondamentale sépare les métaux ferreux, qui contiennent du fer comme composant principal (par exemple, les aciers et les fontes), des métaux non ferreux, qui n'ont pas de fer comme composant principal (par exemple, l'aluminium, le cuivre, le titane, le zinc). Cette distinction se reflète souvent dans la structure du système de désignation lui-même.
Métaux purs et alliages : les systèmes distinguent en outre les métaux purs, qui sont des éléments sous leur forme métallique (par exemple, 99,9 % d'aluminium), et les alliages, qui sont des mélanges de deux éléments ou plus, dont au moins un est un métal. Les désignations d’alliages sont généralement plus complexes et codent des informations sur les éléments constitutifs.
Produits forgés ou moulés : de nombreux systèmes utilisent différents préfixes ou suffixes pour indiquer la forme du produit. Les produits corroyés (par exemple, tôles, barres, tubes) ont été façonnés mécaniquement, ce qui entraîne souvent des microstructures et des propriétés différentes par rapport aux produits coulés, qui sont formés en versant du métal en fusion dans un moule.
3 principaux systèmes de normalisation internationale
Différents pays et régions ont développé leurs propres organismes de normalisation, chacun avec sa propre philosophie de désignation. Voici les systèmes les plus influents rencontrés dans le commerce et l’ingénierie mondiaux.
3.1 Système américain (SAE/AISI, ASTM, UNS, AMS)
Le système américain n’est pas une norme unique mais un écosystème de désignations complémentaires.
Désignations d'acier SAE/AISI : Pendant des décennies, les systèmes de la Society of Automotive Engineers (SAE) et de l'American Iron and Steel Institute (AISI) ont été les principales méthodes de désignation des aciers au carbone et alliés aux États-Unis. Ils utilisent généralement un code à quatre chiffres dont les deux premiers chiffres indiquent la famille d'alliages (par exemple, « 10 » pour l'acier au carbone, « 41 » pour l'acier au chrome-molybdène) et les deux derniers chiffres représentent la teneur nominale en carbone en centièmes de pour cent. Un « B » inséré entre les deuxième et troisième chiffres (par exemple, 10B46) indique l'ajout de bore pour une trempabilité améliorée.
Système de numérotation unifié (UNS) : L'UNS a été créé pour fournir une base de données de références croisées qui minimise la confusion entre les différents systèmes de numérotation. Un numéro UNS n'est pas une spécification en soi mais un identifiant unique lié à une composition spécifique dans d'autres normes. Il se compose généralement d'une seule lettre suivie de cinq chiffres (par exemple, G10400 pour un acier au carbone, C36000 pour un alliage de cuivre). La lettre indique la famille de métaux : « G » pour les aciers au carbone et alliés, « A » pour l'aluminium, « C » pour le cuivre, « S » pour les aciers inoxydables et « T » pour les aciers à outils, entre autres.
Désignations ASTM et AMS : L'American Society for Testing and Materials (ASTM) et l'Aerospace Material Spécifications (AMS) utilisent souvent des codes descriptifs qui peuvent faire référence aux propriétés ou à l'application d'un matériau plutôt qu'à une formule chimique stricte. Un acier « ASTM A36 », par exemple, est défini par ses propriétés mécaniques (principalement une limite d'élasticité minimale de 36 ksi), tandis que « AMS 4911 » spécifie une forme de produit en tôle d'alliage de titane.
3.2 Normes nationales chinoises (GB)
Les normes chinoises GB, administrées par l'Administration de normalisation de Chine (SAC), utilisent une approche systématique utilisant des lettres et des chiffres chinois Pinyin.
Aciers : pour les aciers, les préfixes désignent souvent l'utilisation ou le procédé de fabrication. « Q » est utilisé pour les aciers dont la désignation principale est basée sur la limite d'élasticité. Les aciers de construction alliés peuvent commencer par des chiffres indiquant la teneur en carbone, suivis des symboles chimiques des principaux éléments d'alliage et de leurs pourcentages.
Métaux non ferreux : le système utilise des lettres pinyin dérivées du nom chinois du métal de base.
L'aluminium et ses alliages sont désignés par « L » (de « Lü »).
Le cuivre et ses alliages utilisent « T » (de « Tong »).
Les lettres et chiffres suivants précisent ensuite le type d'alliage, la série et la qualité spécifique. Par exemple, dans « LF », « L » signifie aluminium et « F » (« Fang ») indique qu'il s'agit d'un alliage antirouille. Les alliages d'aluminium moulé utilisent « ZL » pour « Zhu Lü » (fonte d'aluminium).
3.3 Systèmes européens (DIN, EN)
DIN allemand : les normes du Deutsches Institut für Normung (DIN) sont connues pour leurs désignations détaillées et descriptives. Pour les aciers, le système utilise souvent une combinaison de lettres et de chiffres où le chiffre représente la résistance à la traction minimale (par exemple, St42 pour un acier avec une résistance à la traction de ≈420 MPa) ou un code pour la composition chimique (par exemple, C15E pour un acier au carbone avec ~ 0,15 % de C, « E » pour la cémentation). Les codes alphanumériques sont très spécifiques et détaillent les éléments d'alliage et leurs quantités approximatives.
Norme européenne (EN) : Le système EN remplace de nombreuses normes nationales au sein de l'Union européenne, dans un but d'harmonisation. Il adopte souvent un principe similaire au système américain UNS, agissant comme un sur-ensemble qui intègre et recoupe des normes nationales plus anciennes comme DIN. Les normes EN ont leur propre système de numérotation mais maintiennent fréquemment un lien avec la désignation existante pour plus de clarté.
3.4 Normes industrielles japonaises (JIS)
Le système des normes industrielles japonaises (JIS) utilise souvent des lettres simples ou doubles pour désigner la catégorie de matériau, suivies de chiffres. Pour les aciers, le préfixe « S » désigne « Acier ». Viennent ensuite des lettres supplémentaires pour le type spécifique : « SC » pour l'acier au carbone pour les structures, « SK » pour l'acier à outils au carbone, « SUS » pour l'acier inoxydable et « SUH » pour l'acier résistant à la chaleur. Les chiffres qui suivent indiquent généralement la résistance à la traction, un numéro de série ou, dans le cas des aciers inoxydables, correspondent souvent au type AISI (par exemple, SUS304 est largement équivalent à AISI 304) .
3.5 Organisation internationale de normalisation (ISO)
L'Organisation internationale de normalisation (ISO) vise à créer des normes harmonisées à l'échelle mondiale. Ses désignations cherchent souvent à combler les écarts entre les grands systèmes nationaux. Pour les aciers, la série ISO 683 utilise par exemple un système basé sur la composition chimique et le traitement thermique, avec des désignations logiques mais pas toujours intuitives sans tableau de référence. La force du système ISO réside dans son rôle de point de référence neutre pour les contrats internationaux et la documentation technique.
4 Décoder les catégories de matériaux spécifiques
La logique des systèmes de désignation devient plus claire lorsqu’elle est appliquée à des familles de matériaux spécifiques.
4.1 Acier et alliages à base de fer
Les conventions de dénomination de l'acier sont parmi les plus variées, mélangeant souvent des informations sur la composition, les propriétés mécaniques et l'application.
| Préfixe/Symbole | Système standard | Signification/application typique |
| 10XX, 41XX, etc. | SAE/AISI | Un code à quatre chiffres dont les deux premiers chiffres indiquent la série d'alliage et les deux derniers la teneur en carbone. |
| Q + Limite d'élasticité | GB (Chine) | Acier dont la désignation principale est basée sur la limite d'élasticité (par exemple, le Q235 a une limite d'élasticité de 235 MPa) . |
| S + Lettre | JIS (Japon) | S' pour Acier, suivi d'une lettre pour la catégorie (par exemple, 'SC' pour acier au carbone pour structures) . |
| St + Numéro | DIN (Allemagne) | St pour « Stahl » (acier), avec le numéro indiquant la résistance à la traction minimale (par exemple, St42) . |
| G | UNS (États-Unis) | Préfixe de lettre pour les aciers au carbone et alliés dans le système UNS. |
| AISI 304 / SUS304 | AISI (États-Unis) / JIS (Japon) | Une nuance d'acier inoxydable courante ; la « série 300 » désigne une structure austénitique. |
Aciers inoxydables : La plupart des systèmes classent les aciers inoxydables en familles telles que les austénitiques (séries 200 et 300), les ferritiques (séries 400) et les martensitiques (séries 400). Le système AISI à 3 chiffres largement utilisé (par exemple, 304, 316) est référencé, directement ou indirectement, dans de nombreuses autres normes nationales comme JIS (sous le nom de SUS304).
Aciers à outils : ils sont souvent désignés par leur application et leur teneur en alliage. Le système AISI utilise des lettres telles que « A » pour le durcissement à l'air, « O » pour le durcissement à l'huile, « W » pour le durcissement à l'eau et « H » pour les aciers à outils pour travail à chaud, suivies d'un numéro de séquence.
4.2 Aluminium et alliages d'aluminium
Les désignations de l'aluminium sont principalement régies par un système à quatre chiffres développé par l'Aluminium Association, qui a été largement adopté, notamment par l'UNS des États-Unis et comme base pour d'autres normes internationales.
Alliages corroyés :
Série 1xxx : 99,00 % d'aluminium minimum (par exemple, 1050, 1100).
Série 2xxx : Le cuivre est le principal élément d'alliage (par exemple, 2024, utilisé dans les avions).
Série 3xxx : Le manganèse est le principal élément d'alliage (par exemple, 3003, pour usage général).
Série 4xxx : Le silicium est le principal élément d'alliage (par exemple, le 4043, utilisé pour le fil de soudage).
Série 5xxx : Le magnésium est le principal élément d'alliage (par exemple, 5052, 5083 pour les applications marines).
Série 6xxx : Magnésium et silicium (pour former du Mg2Si) ; traitable thermiquement (par exemple, 6061, 6063 pour les extrusions).
Série 7xxx : Le zinc est le principal élément d'alliage (par exemple, 7075, un alliage aérospatial à haute résistance).
Alliages moulés : utilisez un système similaire à 3 chiffres plus une décimale (par exemple, 356.0, A380.0). Le premier chiffre indique le groupe d'alliage.
Désignation de l'état de trempe : Un élément crucial de la désignation de l'aluminium est l'état de trempe, qui indique l'état du matériau. Il suit le numéro d'alliage et est séparé par un trait d'union (par exemple, 6061-T6). Les états courants incluent « O » pour recuit, « F » pour tel que fabriqué, « H » pour écroui et « T » pour traité thermiquement.
4.3 Cuivre et alliages de cuivre
Les alliages de cuivre sont principalement désignés à l'aide du système UNS, qui les regroupe selon leurs principaux éléments d'alliage.
Cuivre (C1xxxx) : Cuivres non alliés à haute conductivité électrique.
Alliages à haute teneur en cuivre (C16xxx-C19xxx) : Alliages avec de petits ajouts d'autres éléments.
Laitons (C2xxxx à C4xxxx) : Alliages de cuivre et de zinc. Le numéro UNS fait souvent référence à des noms plus anciens et plus familiers comme « Cartridge Brass » (C26000) ou « Naval Brass » (C46400).
Bronzes (C5xxxx à C6xxxx) : historiquement alliages cuivre-étain, mais le terme englobe désormais largement les alliages de cuivre avec des éléments autres que le zinc comme alliage principal, tels que les bronzes d'aluminium (C6xxxx), les bronzes au silicium (C64xxx) et les bronzes au phosphore (C5xxxx).
Cuivre-Nickels (C7xxxx) : Alliages de cuivre et de nickel, connus pour leur excellente résistance à la corrosion (par exemple, C71500).
5 applications pratiques et utilisation multi-standards
Naviguer entre les différentes normes internationales est un défi commun.
Utilisation de tables de référence croisée et de manuels : lorsqu'un dessin ou une spécification nécessite un matériau conforme à une norme inconnue, la première étape consiste à consulter une table de référence croisée ou un manuel fiable. Ces ressources répertorient les notes équivalentes ou similaires selon différentes normes. Il est essentiel de comprendre que « équivalent » ne signifie pas toujours « identique » ; il peut y avoir des différences subtiles mais importantes dans les niveaux d'impuretés autorisés ou les exigences de traitement.
Considérations critiques pour la sélection et la substitution des matériaux : La substitution d'un matériau basée uniquement sur une correspondance de composition chimique à partir d'une table de référence croisée peut être risquée. Une évaluation complète doit prendre en compte :
Exigences en matière de propriétés mécaniques : Vérifiez que le substitut répond à toutes les valeurs spécifiées de résistance, de ductilité et de ténacité.
Réponse au traitement thermique : différentes voies de traitement peuvent conduire à des microstructures et des performances différentes.
Résistance à la corrosion : des différences mineures dans la composition peuvent avoir un impact significatif sur le comportement à la corrosion.
Soudabilité et formabilité : Ces caractéristiques de traitement ne sont pas toujours entièrement capturées dans une désignation de nuance de base.
Spécifications et certifications applicables : dans les industries réglementées (aérospatiale, médicale, nucléaire), un matériau doit souvent provenir et être certifié selon une norme spécifique, et pas seulement une norme « similaire ».
