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1

IV Le diagramme de phases Fer- carbone

: ferrite alpha (cubique centre)( !!!! 912C)

: ferrite delta (cubique centre)

(1394 1538C): austnite (cubique faces centres)

(912 1394C)

diffrentes formes allotropiques du fer pur :

haute press ion (>10GPa) et basse temprature

(

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2

diagramme Fe-Fe3C

aciers

Le diagramme de phases Fer- carbone

C < 2%

la prsence de carbone tend le domain ede stabi litde la phase c fc

Il peu t tre prsent s ous 2 formes :-

un carb ure (Fe3C cment ite)- du g raphi te

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3

diagramme Fe-Graphite

fontes

C > 2%

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4

haute temprature

po in t pri tec ti que

basse temprature

poin t eu tec tode

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5

aciers

doux

aciers

hypo-eutectodes

ou pro-eutectode

aciers

hyper-eutectodes

fontes

eutectode

(perlite)

austnite

ferrite

Fe3C

cmentite

6,67%C

Partie pratique et utile du diagramme Fe-C

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6

Transformations de phases dun acier doux (trs pauvre en C)

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7

Fer ARMCO fer pu r (ou presque)

optique

MEB

structure ferritique

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8

Transformations de phases dun acier de composition eutectode (0,77%C)

structure

perlitique

ferr i te

cmentite

les lamel les de ferr i te sont environ

6 fois p lus larges que les lamel lesde cmen tite

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9

Laustnite peut dissoudre de grandes quantit de carbone (2%)

la ferrite a au contraire une trs faible limite de solubilit en carbone

(

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10

Fe

C

2,68

2,68

2,68

2,60

1,8

5

2,15

2,1

5

2,49

2,49

2,06

Structure de la cmentite

En microscopie optique, il est difficile de spare les lamelles entre elles ; la perlite

prsente un aspect nacr (comme la perle ) do son nom

)A(T

balg

1r

=

la largeur interlamellaire D

dpend de la temprature

de transformation Ar1 qui

dpend de la vitesse de

refroidissement :

En effet, plus la vitesse

de refroidissement est

rapide, plus cette

temprature est dcalevers le bas

et donc les lamelles sont de plus en plus proches

Lorsque lon ne peut plus les observer en

microscopie optique, la perlite porte le nom de

troostite

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structure austnitique

Perlite (rupture)

Micrographies par microscopie

lectronique balayage

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Perlite lamellaire

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La perlite lamellaire est mtastable : elle possde en effet une trs forte nergie

interfaciale (lamelles)

A une temprature proche de celle de leutectode

on peut acclrer la transformation perlite

lamellaire en perlite globulaire, de plus faible nergie

interfaciale donc plus stable.

On observe que la limite dlasticit est inversement

proportionnelle la distance interlamellaire.

temps

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perlite globulaire

micrographie optique

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perlite globulaire

micrographie MEB

T f ti d h d i h t t d (C 0 77%)

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16

Transformations de phases dun acier hypo-eutectode (C

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Acier C18 (0,18% C)

ferrite proeutectode

perlite

Acier C10 (0,1% C)

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18

Acier C38 (0,38% C)

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19

Acier C48 (0,48% C)

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Acier C55 (0,55% C)

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Acier C65 (0,65% C)

Transformations de phases dun acier hyper-eutectode (C>0,77%)

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Transformations de phases d un acier hyper eutectode (C 0,77%)

C=1%

C=1,35%

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Acier C100 (1% C)

perlite

cmentite

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Acier C120 (1,2% C)

micrographie optique

micrographie MEB

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la microstructure obtenue dpend fortement

de la vitesse de refroidissement.A faible vitesse, le carbone et le fer peuvent

diffuser librement ( germination-croissance )

A plus grande vitesse, seul le carbone peut

diffuser, la transformation est en partie

displasive (voir trempe)

trs mauvais compo rtementmcan ique

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Structure en aiguilles de

Widmansttten

micrographie optique

St t i ill d

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27

Structure en aiguilles de

Widmansttten

micrographie MEB

i d i

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28

Les microstructures des aciers : rsum

quelques microstructures daciers

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29

q q

micrographies optiques

V Les alliages ferreux (aciers)

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V Les alliages ferreux (aciers)

- Aciers non allis : Fe-C + (Si, Mn, S, P)laborationac ier s ferrer les nes

- Aciers allis : Fe-C + X (lments daddition)

la somme des concentrat ionsde tous les lmen ts

d add it io n es t infrieure 5%

aciers faiblement allis

la concen trat io n d un lmen tdpasse 5%

aciers allis

aciers rfractaires

aciers inoxydables

..

Al B Cr Co Cu Mn Mo0,1 0,0008 0,30 0,10 0,40 1,60 0,08

Ni Nb Si Ti W V

0,30 0,05 0,50 0,05 0,10 0,1

teneur minimale sparant un acier allidun acier non alli (% en masse)

Principaux lments daddition

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Principaux lments d addition

Aluminium Al 13 27 A

Chrome Cr 24 52 C

Cobalt Co 27 59 K

Cuivre Cu 29 63,5 U

Manganse Mn 25 55 MMolybdne Mo 42 96 D

Nickel Ni 28 59 N

Niobium Nb 41 93 Nb

Phosphore P 15 31 P

Plomb Pb 82 207 PbSilicium Si 14 28 S

Soufre S 15 32 F

Titane Ti 22 48 T

Tungstne W 74 184 W

Vanadium V 23 51 V

symbole

chimique Z A

Les lments daddition agissent sur :

- la microstructure

-le comportement mcanique

- la tenue en temprature

- la rsistance la corrosion

- la trempabilit

- lusinabilit

symbole

AFNOR

Seuls les petits atomes (H, B, C, N, O)

entrent en insertion dans les aciers.

Les autres forment des solutions solides

de substitution.

Dans les mtaux la notion de trace est

de lordre de la ppm (10-6)

On utilise souvent le millime (de %) ce qui

correspond 10 ppm

Certains lments (Si, S, P, Mn, O) proviennent de la phase sidrurgique

La plupart sont introduits volontairement lors de la phase acirie

Enfin, certains lments (Cu par exemple) proviennent du retraitement des ferrailles

Influence sur la microstructure

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- stabilit des phases allotropiques cc et fcc

- formation de carbures

Stabilit des phases allotropiques

certains lments favorisent la phase cc (alphagnes) dautres la phases cfc (gammagnes)

les lments de volume atomique plus grand que celui du fer sont gnralement alphagnes

ceux de volume atomique infrieur sont gammagnes.

alphagnes :

mtaux cc (en substitution)

Vb : V, Nb, Ta

VIb : Cr, Mo, W

mtaux cfc ou hc

Al, Zr, Be

lments non mtalliques

(en substi tut io n dans cc)Si, S, P, B

Ge, As,

gammagnes :

lments non mtalliques

(en insertion)

C, N

mtaux cfc (en substitution)

Ni, Co, Mn, Rh, Pd, Ir, Pt, Au

en teneur impo rtante, peuvent stabi l iserla phase c fc basse temprature

(aciers austno-fer ri ti ques, ac iers aus tniti ques)

mtaux hc : Zn, Ru, Os

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33

diagramme Fe-Ni

Ni : lment -gne""""extension de la phase

diagramme Fe-Cr

Cr lment -gne

"""" fo rte rduction d e la phasedautant plus que la teneur en carbone

(gammagne) est faib le

formation de carbures- G

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Si Al Cu Ni Co Fe Mn Cr Mo W V Ti - Nb

- G

lmentsnon-carburignes

lmentscarbur ignes

types de carbures

cmentites allies (Fe, X)3C

carbures spciaux (Fe, X)mCn

M23C6M6C

M2C

M7C3MC

Mn : (Fe, Mn)3C uniquement

Cr : (Fe,Cr)3C de prfrence, (Fe, Cr)mCn ventuel lemen t (Cr23C6)

Mo, W : (Fe, X)3C et (Fe, X)mCn exemple: (Fe, Mo)3C, MoC et (Fe, Mo)6C simult anment

V, Ti, Nb, Zr:(Fe, X)mCn uniquement

Dans les aciers in ox ydable (Fe, Cr, Ni), la prcip itation de carbu re de Cr ent rane une d im inut ionlocale de la teneur en Cr, pouvant condu ire la cor ros ion interc rist al l ineEn ajo utant des lments p lu s carbur igne que Cr (Mo , W, V, Ti) on rduit la prcip itati on decarbures de Cr.

effets sur les proprits mcaniques

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- lments gammagnes :

affinent la taille de grains et amliore la limite lastique et la tnacit

d

a(%)CRR ii0ee ++=

C,N >>Nb >P >>Si >Mn, Mo, Ni >Cr

700 MPa/%85 MPa/% 30 MPa/%

d : tai l le du grain

aciers ferritiques

- lments alphagnes :

favor ise la p rcip it at ion ou la sgrgat ionfragi l isante aux joints de grains

- diminution de la rsilience

- augmentation de la temprature de transition ductile-fragile

Mn Ni Mo Si V P

-55 -30 +100 +70 +45 +600

T (C/%)

-gnes -gnes

durcissement

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36

un all iage est tou jou rs plu s du r q uun mtal pu r

- durcissement de solution solide

- carbone (insertion) pour les aciers

-

W ou Co dans la ferrite (substitution) aciers pour outils

la p rsence d atom es trangers rend le p lan de gli ssement plus rugueux et cont rar iele dplacement des disl oc atio ns , d o un durc issement (augmentatio n de la lim ite las tiq ue)

- durcissement par prcipitation

la prsence de prcip its gne le mouvement des dis lo cat io ns (ancrage)

rsistance la corrosion

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une teneur en Cr suprieure 12% ( aciers inoxydables ) permet une rsistance

la corrosion en milieu aqueux

Le Si, lAl augmentent la rsistance des aciers laction de loxygne ou des gaz

chauds (aciers rfractaires en milieu oxydant)

Mo agit sur la passivit et la rsistance chimique (aciers austnitiques)

trempabilit

durcissement important dun acier lors dun refroidissement rapide ( trempe )

par formation dune phase quadratique ( martensite , ferrite dforme) trs dure

En rgle gnrale, les lments daddition favorisent la trempabilit, en particulier

le carbone.

Certains aciers sont dits auto-trempant , un simple refroidissement lair suffit.

Normalisation des nuances daciers

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France NF (AFNOR)

Allemagne DIN

Royaume Uni BS

Sude SS

USA AISI et ASTMJapon JIS

nouvelle norme

europenne ENnorme internationale

ISO

beaucoup de normes trs diffrentes !

exemple :

normes de 2 nuancesdaciers inoxydables

NF DIN BS SS ASTM

Z7CN18-09 1.4301 304S31 2333 304Z7CND 18-12-03 1.4436 316S53 2343 316

plu s l es noms c ommerciaux souvent u ti l iss

10 CD 9-10NF

A379-22(2)

2Cr-1Mo

Chromesco3

BS

ASTM

nom comm erc ial0,1%C2,25%Cr

1%Mo

Norme AFNOR (NF A35-5**)

t bl l i d d i f t i i

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peut sembler complexe mais donne des info rmations prcises

aciers non allis (Fe-C)

Cn n=100(%C) 0,05% prs

XCn si l a teneur en C est m ieux respec te

C12 : de 0,06 0,18%C

XC12 : de 0,09 0,16%C

aciers faiblement allis (Fe-C-X)

la somme de tous les lmen ts nexcde pas 5%

n A B C p mteneur en Cx100

pr inc ipaux lmen tsdaddi t ion

teneurs d es pr inc ipauxlmen ts d add it ion

x4 pour Cr, Mn, Ni

x10 pour les autres

Al A Mg G Si S

Cr C Mn M S F

Co K Mo D Ti T

Cu U Ni N W W

Sn E P P V V

Zn Z

h h i d b ti

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40

aciers fortement allis (Fe-C-X)

Un ou p lu s ieurs lments d add it io n ont une ten eur dpassan t 5%

mme rgle que prcdemment (aciers faiblement allis) mais :- Z devant la teneur en C (x100)

- la teneur des principaux lments daddition est x1

Z6 CN 18-10 0,06%C 18%Cr 10%NiZ35 NCWS 32-11 0,35%C 32%Ni 11%Cr W, Si

x4 pour Cr, Mn, Ni

x10 pour les autres

- on cherche a avoir des nombres entiers

- selon la teneur moyenne courante:

- on x par 4 les teneurs les plus leves (Cr, Mn, Ni)

-on x par 10 celles des lments les moins importants

?

100C6 1%C 1,5% Cr

30 NVD 8 0,3%C 2%Ni V, Mo

30 CAD 6 12 0,3%C 1,5%Cr 1,2%Al - Moexemples :

6/4=1,5

30/100=0,3

12/10=1,2

Nouvelle norme europenne harmonise (EN 1008*)

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notation symbolique

(style AFNOR)

1) aciers classs selon leur u tili sat ion

et leurs carac trist iques p hy siques

la dsignation commence par une lettre

caractrisant lemploi :

S : acier de construction

P : aciers pour appareil pression

2) acier s dfin is par leu r compos iti onch imique

(aciers inoxy dables)

mme principe que lAFNOR mais avec

les symboles chimiques conventionnels

(pour les aciers allis, la dsignation

commence par X)

tude lance en 1985

notation numrique

(style DIN)

1.XX XX (XX)

numro de groupe

du matriau :1 : aciers

2 9 : autres alliages

numro de groupe

de lacier

numro dordre

en rserve

40 : inox avec Ni < 2,5% sans Mo, Nb, Ti

41 : inox avec Ni < 2,5% avec Mo sans Nb, Ti

42 : inox avec Ni 2,5% sans Mo, Nb, Ti

43 : inox avec Ni 2,5% avec Mo, sans Nb, Ti

44 : inox avec additions particulires

exemples :

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norme AFNOR norme europenne nature

symbolique numrique de lacier XC32 C30E 1.1178 acier trempe-revenu

18NCD6 17NiCrMo6-4 1.6566 acier pour cmentation

42CD4 42CrMo4 1.7225 acier trempe-revenu

Z3CN 18-10 X2CrNi18-9 1.4307 acier inoxydable

Z3CND25-06Az X2CrNiMoCuWN25-7-4 1.4501 acier inoxydable

aciers inoxydables : comparaisons entre diffrentes normes

Aciers inoxydables : comparaison

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c e s o ydab es co pa a so

entre les normes europennes

et la norme AFNOR

aciers inoxydables ferritiquesaciers inoxydables austno-ferritiques

cer taines nuances n e sont pas fo rcmentrep rsentes dans to u tes les normes

! pour les inox on emploie souvent la norme US elle est beaucoup moins prcise que la

norme europenne :

316LX2CrNiMo 18-14-3 1.4435

X2CrNiMo 17-12-2 1.4404

VI Les fontes

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44eutectique : ldburite

Les fontes blanches

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Les fontes blanches

carbone sous fo rm e de cment ite

cmentite

micro graphie opt ique

perlite + cmentite + ldburite

Les fontes blanches microg raphie MEB

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Les fontes grises

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47mic rogr aphie MEB

optiq ue MEB

prsence de graphite

graphite

perlite

VII Les aciers inoxydables normes AF 35-573/574 et EN 10088-1/2/3

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La prsen ce d u ne teneur en Cr de lo rd re d e 10 12% p rserv e lac ier

en formant une couch e doxyde protectr ice en sur face (auto-restruc turante)

En m il ieu oxydant (aqueux ), i l se fo rme en su rface des mtaux ou all iages :- soit un oxyde pulvrulent non protecteur (Fe, aciers) corros ion- soit un oxyde compact, protecteur (Al, Cr)

Influence de la teneur en Cr sur la rsistance

la corrosion dans diffrents milieux

%Cr>10,5% %C

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4 grandes catgories

aciers ferritiques

16 30% Crjusqu 0,35%C

structure pas de trempe

aciers martensitiques

12 17% Cr

jusqu 1%C

structuremartensitique

par trempe

aciers austno-ferritiques

semblable aux austnitique

mais avec composition

permettant la prsence

simultane

de et

aciers austnitiques

Aciers au Cr-Ni

avec dautres lments

structure stabilise

18-10

18-12

Diagramme Fe-Cr

- phase peu tendue

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50

phase peu tendue- phase continue

On obs erve auss i un e diminut ionde la tem pratu re du po in t d e Cu rie

Cr12,5% pas de boucle

D autres lments favorisent la phase :- le silicium

- le molybdne

- le titane

- le niobium

la p rsence de 1% de Mo rduit la l im it e de la phasede 11,5% 9%

Pour de fortes teneurs en Cr (40 50%) on observeC

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51

En tr e 400 et 550C p hnomne de dmix ti on avec appar it io ndune phase ric he en Cr (61 82%) sou s la fo rme d un efi ne p rcip it ati on

durc issementfragi l isat ion

Pour de fortes teneurs en Cr (40 50%) on observe

lapparition dune phase ttragonale, dure et fragile :

la phase

Cet te phase (t rs nfaste pour les p rop r its mcan iques )n app arat qu e pour des maint iens trs lo ng s en tre 550 et800C (c intique trs len te)

Fe Cr

400

500

700

600

800

+

+

+

phase

Observation MEB de la phase sigma et microanalyse

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52Phase sigma Matrice austnitique

diagrammes Fe-Cr-C

comptition entre

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53

p

Cr (-gne)et

C (-gne)

Cm : cmen ti te

Le c arbone tan t-gne, s a prsence

accro t les dimensio ns d e la bou cle

L Ni k l li l i l i

Diagramme Fe-Ni

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Le Nickel amliore la rsistance la corrosion

dans les milieux aqueux peu oxydants.

Le Ni est un lment -gne ; comme le carboneil favorise la phase .

-phase peu tendue

- phase continue- phase intermtallique FeNi3

point d e Cur ie

trans iti on ordr e-dso rd re

co ur bes mtastab les (C ch auff age, R refro id iss ement)

C

R

Associ au Cr, il accrot (comme le C) les

dimensions de la boucle ....A l f t t il t bili l h

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55

Diagrammes Fe-Cr-Ni

(18% Cr)

quand la teneur en Niaugmente, le domaine

crot

D autres lments sont -gnes :- l azote

- le manganse

A plus forte teneur il stabilise la phase (mtas table bas se temprature)

La st ruc tur e d un acier ino xyd able dpend de sa teneur respective en Cr, Ni, C, Si.(lments-gnes et-gnes)

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56

Pour cela on calcu le un Chrome quivalen t (-gne) et un Nickel quivalen t (-gne)

%Crequi = %Cr + %Mo + 1,5%Si + 0,5%Nb

%Niequi = %Ni + 30(%C + %N) + 0,5%Mn

55

15

15

10

10

20

20

25

25

30

30

35

35

Austnite

Austnite+ ferriteAustnite

+martensite

Austnite+ ferrite+ martensite

Martensite

F+M

100%

80%

60%

40%

20%

proportiondeferrite

Chrome quivalent

%Cr + %Mo + 1,5%Si + 0,5%Nb

Nickelquivalent

%Ni+

30(%C+%N)+

0,5%MnbDiagramme de

Schaeffler

Stru ct ur es ob tenues par tir

de l tat liq ui detrs ut ile en par tic ul ier

pour les soudeurs

Il existe un diagramme similaire

(Pryce-Andrews) pour les structures

obtenues par transformation dans

ltat solide lors dun refroidissement

aprs austnitisation

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57

coupes isothermes

du diagramme Fe-Cr-Ni

Alliage Fe-Cr-Ni (C

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58

S, P- amliorent l usinabilit- mais

- dim inuen t la rsis tanc e la co rro sio n- augmentent les risques de f issurat ion chaud d es soud ures

Elments

neutres

- augmente la rsistance mcanique haute temprature

- amliore la ductilit des soudures

- amliore la rsistance la corrosion intergranulaire

- amliore la rsistance la corrosion par piqres

- limite le fluage

- amliore la rsistance la corrosion intergranulaire

- amliore la rsistance l oxydation chaud

- amliore la rsistance la corrosion intergranulaire, par piqres

- amliore la rsistance l oxydation chaud

- amliore la rsistance l oxydation chaud

- mais ris que d e f issurat ion chaud des s oud ures

Mo

Ti

Nb

Zr

Al

Si

Elments

alpha-gnes

Cr :

- lment essentiel des inox

- augmente la rsistance la corrosion

- augmente la rsistance loxydation chaud

C

N

Mn

- augmente les proprits mcaniques

- augmente la duret (aciers martensitiques)

- mais pr ovoq ue un e sens ibil i t la cor ros ion interg ranu laire

- augmente les proprits mcaniques

- facilite la transformation chaud (forgeage, laminage)

- rduit le risque de fissuration chaud des soudures

Elments

gamma-gnes

Ni :

- stabilise laustnite lambiante

- amliore la rsistance la corrosion uniforme

Selon les teneurs respectives en Cr et en Ni on distingue plusieurs nuances daciers

Les diffrentes familles daciers inoxydables

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Selon les teneurs respectives en Cr et en Ni, on distingue plusieurs nuances d aciers

inoxydables :

-les aciers inoxydables ferritiques-les aciers inoxydables martensitiques

-les aciers inoxydables austnitiques

-Les aciers inoxydables austno-ferritiques

I - Les Aciers inoxydables ferritiques

Base : Fe-Cr (16 30% Cr)

- faible teneur en C (

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ferromagntiqu es au dess ou s d u po int de Cu rieet paramagntiq ues au des su s

Structure martensitique obtenue par trempe(refroidissement rapide partir d une structure austnitique)

la forte teneur en carbone favorise l appari t ion de la martensi te

- trs durs

- peu rsistants la corrosion aqueuses en temprature (T

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On peu t ajou ter jusqu 2% de Mo po ur amlio rer la rsist ance aux acides et aux ch lo ru res

- r isque de corros ion in tercristal line (addit ion de Ti ou Nb)- r isque dappari t ion de la phase

Utilisation :

- haute temprature en milieu corrosif- basse temprature (cryognie)

- chimie

- pharmacie

- laiterie

- dcoration

lo rs qu i l fau t la fo is une bonne rsistan ce la corrosion et de bonnes propr its

mcaniques (cassero les)

18-8 C

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A p art ir des austnit iq ues les plu s ric hes en Cr et en dim inu ant le Nibase : Fe-Cr-Ni

- Cr : 20 25%

- Ni :

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- meilleure rsistance la corrosion

- pas de sensibilit la corrosion intercristalline

-meilleure limite lastique

- meilleure soudabilit

- permet de raliser des pices moules

Utilisation :

- ensemble chaudronns-souds de grande dimension

- pices moules complexes(coudes m ouls du ci rcu it p rimaire des cen trales n uc laires )

- rparation de soudure...

part ies ralises enacieraus tno-fer ri ti que

Ferrite

Cr 26.7

Ni 6.4

Mo 3.6

M 0 55

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Mn 0.55

Si 0.84

Fe bal

Austnite

Cr 21.1

Ni 11.0

Mo 2.2

Mn 0.62Si 0.77

Fe bal

Acier austno-ferritique : images X de rpartition et microanalyse quantitative

Proprits mcaniques des aciers inoxydables , comparaison avec dautres alliages

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VII - Les alliages Fer- Nickel

Un al liage aux propr its surp renan tes:lINVAR

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lINVAR

de la famille des alliages Fe-Ni, dcouvert

en 1896 par Ch. Guillaume et fabriqu par la

Socit IMPHY, cet alliage 36%Ni prsente

un trs faible coefficient de dilatationthermique (30% infrieur au platine).

diagramme Fe-Ni

Au del de 27%Ni, la s tru ctu re est cfc temprature ambiante(d iag ramme mtastable, R)

En dessous de 27%, la structur eest cc (aciers au Ni)

L= L T

dilatation thermique :

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Variation du coefficient de dilatation

thermique en fonction de la temprature

pour diffrentes teneur en Ni

L=.L.T

: coefficient de dilatation thermique (10-5 K-1)

Cr Ti Fe Ni Cu

6 8,5 12 13 16,6 10-6 K-1

en tre l h iv er (0C) et l t(20C) la Tour Ef fel va g rand ir de 7 cm

INVAR (36%Ni) : =1,5 10-6 K-1

en dessous d e sa tempratu re d e Cu ri e (210C)

Temprature de Curie :

tem pratu re de tran sfo rm atio nfer romagntique-paramagntique

SuperINVAR : =0,8 10-6 K-1

(0,1mm /m pou rT=100C)

Origine de cette anomalie de dilatation

le magntisme des mtaux

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g

mtal paramagntique

(Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb,Ta, W..) mtal ferromagntique

(Fe, Co, Ni, Gd, Dy, Er,Ho)

band

esdeniveauxlectroniques

niveau

de

Fermi

spin + spin -

les tats sp in+ et sp in son t r emp lis galement

pas d e magntisme propr ece lu i n ap parat qu en p rsence

d un ch amp magntiqueextrieu r q ui mod ifi e ladi str ibu tio n des lectr on s

dsquil ib re en tre l e n ombre d lec trons de s p in + etceux de spin - : mom ent m agntique p rop re

Au d el d une cer tain e tempratu re (po in t de Curie)l ag it at io n th erm iq ue dtr u it ce dsquil ib re

et le mtal d ev ien t p aramagntique.

faible for t

dans le cas de lINVAR que se passe-t-i l?

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- la temprature entrane une dilatation du mtal- dans un mtal ferromagntique, le couplage des spins

entrane une variation de volume (effet magntostrictif

volumique spontan)

Ces deu x effets so nt op poss

Dans le cas de lINVAR, ils se compensent.

Lors du passage au point de Curie, leffet magntostrictif

disparat et la dilatation thermique seul subsiste, do

laugmentation rapide du coefficient de dilatation.

Cet effet existe dans tous les mtaux et alliagesferromagntique (avec discontinuit plus ou moins

marque au passage du point de Curie). Seul la

composition de lINVAR (36%Ni) permet cette

compensation.

Applications des alliages Fe-Ni

de trs nombreuses app licatio ns qui ncessi ten t une trs faible d ilatat ion th erm iqueou de bonn es perf ormances magntiques

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ou de bonn es perf ormances magntiques

- horlogerie

-horlogerie classique : ressorts en spiral

(Elinvar 36%Ni-12%Cr, Nivarox 38%Ni8%Cr, Thermolast 40%Ni-9%Mo

-horlogerie lectronique : quartz oscillant et moteur pas--pas (alliages magntiques)

Supra50 (50%Ni)

Permimphy 80%Ni-5%Mo

- rgulation thermique (thermostats)

bilames thermostatiques

2 lames m inces r ig idement l ies ens emble et avec des co effic ients de d ilatatio n d iffren ts

- lune est en INVAR (lame passive, faible allongement)

-lautre est active, forte dilatation thermique ( 20 10-6 K-1) :

on ut il is e actu ellement d es alliag es Fe-Ni-Mn ou Fe-Ni-Cr (15 25%Ni)

- botiers de circuits intgrs

permet d e raliser des bo tiers ul tra-m inces faibl e d ilatati on th erm ique

Fe-42%Ni, Fe-29%Ni-17%Co

Tube de tlvision

production annuelle : 120 millions de tubes

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blindage

du canon

Masque

grilles

LINVAR est utilis diffrents niveaux

dispositifs

de compensation

thermique

le shadow mask

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permet de distribuer les trois faisceaux lectroniques

vers les luminophores

(particules doxydes luminescence colore)

structure hxagonale

(plus rigide et moins voyante )

pour m oni teur d ord inateur

structure linaire

(plus simple, moins chre)

pour tu be TV

Seuls 20% des lectrons atteignent lcran,

80% sont absorbs par la masque, do un

chauffement qui, lorsque limage est trs

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contraste, peut varier localement , ce qui

peut entraner une dformation locale

( flambage ) modifiant les couleurs.

Pour les tlviseurs bas-de-gamme on

utilise une plaque en acier ; pour les tubes 16/9,

les tubes haut-de-gamme , les moniteursdordinateurs, on utilise une plaque en INVAR,

plus stable que lacier.

Principe de gravure dun shadow mask

On ut il is e un e rsine pho tosen sib le aux UV(protine avec du bic hromate dammon ium )

La p ar t ie p ro tge de la l um ire p eu t tredissou te par at taque chim ique

le shadow -mask est obtenu par une

gravure chimique :

Le canon lectrons :

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-cathode revtu e d u n dptthermo-miss if et qu i es t chau ff 800C.

-une srie de g r il les po la r isespermet ten t l ac clrati on d es

lec tro ns (30kV) et leu r fo calis atio n .

De plus ces grilles sont scelles dans des billes de verrepour assurer lisolation lectrique. Des variations importantes

dans les coefficients de dilatation respectifs du mtal et

du verre poserait de gros problmes.

Une autre application importante : Les mthaniers

Le transport du gaz naturel sous forme liquide permet de rduire de 600 fois le volume

transport mais ncessite des temprature de 163C la pression atmosphrique.

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Depuis 1964, des navires mthaniers de grande capacit (>25.000 m3) ont t mis en service.

navire mthanier de 130.000 m3

Une des solutions choisies est de

raliser les cuves en INVAR

La trs basse temprature du mthane

liquide pose des problmes de dilatation

thermique.

Cuve de 45m de lon g et 36m de haut pesant 100T

VIII Les alliages non-ferreux

Un certain nombre de mtaux servent de base des alliages

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1) Les bases Nickel

donnent des alli ages trs rsis tan ts la corr os ion et des alli ages rfractai res (superalli ages )

a) la limite entre acier et base Ni : les Inconel

Inconel 800 (alliage800 ou Z10NC32 21) Ni 30 35%, Cr 19 23%Inconel 825 (Z5NCD 40-21-3) idem avec Cu 2% et Ti 1%

bonne rsistanc e la cor ro sion (tubes de GV des REP allem ands et REP2000)

b) les bases Ni

Ni-Cu (rsistance la corrosion) : Monel ( Ni-Cu35, Ni-Cu35AlTi)Ni-Cr : Ni-Cr20 (rsiatnces de chauffage)

Ni-Cr-Fe (tenue au fluage, rfractaire)

- Inconel 600 (ou alliage 600 ) Ni-Cr14Fe (Cr 14 17%, Fe 6 10%)

- Inconel 690 Ni-Cr30Fe10 (Cr 21 27%, Fe 7 11%)

Ni-Mo

Hasteloy B (Ni-Mo28)

Hasteloy C (Ni-Mo16Cr15)

Rene41 : Ni-Cr19Co10Mo10 (rfractaire, ailette de turbine)

Nimocast :Ni-Cr14Ti6Fe4 (+Co, Mo) (acier de moulage)

Chromel : Ni-Cr10 (fil de thermocouple)

Permalloy : Ni-Fe22 (tle magntique)

notation AFNOR : A + symbole des lments daddition avec tenure en %

N : nickel D : molybdne

2) Les Alliages daluminium

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C : chrome U : cuivreS : silicium E : tain

G : magnsium Z : zinc

- srie 1000 (Al non alli, Al>99%) mou et ductile, pour cble lectrique, alimentaire

- srie 2000 (Al+4%Cu+Mg, Si, Mn) durcissement structural, aviation, pices forges

- srie 3000 (Al+1%Mn) assez durs, ductiles, toitures, casseroles

- srie 5000 (Al+3%Mg, 0,5%Mn) durs, crouissables, soudables, rservoirs,

botes,navires

- srie 6000 (Al+0,5%Mg, 0,5%Si) durcissement structural, huisserie

- srie 7000 (Al+6%Zn+Mg, Cu, Mn) durcissement structural, aviation, ferroviaire

- Al-Mg : AG0,6 - AG4MC

- Al-Mn-Cu : AM1 - AM1G

- Al-Cu : AU2G

- AGS/L 76 (Almelec) 0,7%Mg - 0,5%Si - Fe

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bronzes (CuSn) 3 20% Sn

- cupro-aluminium (4 14%Al) (rsistants la corrosion marine)- cupro-nickel (5 45%Ni) (rsistants la corrosion marine)

4) Alliages de Zinc

- ZA4G, ZA4U1G (Zamak) 4%Al, 1%Cu, 0,05%Mg (alliages de fonderie)

5) Alliages de magnsium

- Mg-Al : GA9, GA6Z1, GA9Z1

- Mg-Zr (0,4 1%Zr)

pour laronautique (turbine, ailettes...), gnie chimique, implants chirurgicaux

- TA5E, TA8DV, TA6V, TA6V6E

6) alliages de Ti

faible section efficace de capture des neutrons, bon comportement mcanique,

rsistance la corrosion, utilis pour les gaines de combustibles des racteurs nuclaires

- Zircaloy 4 : Sn 1,2 1,7% - Fe 0,18 0,24% - Cr 0,07 0,13% (centrales occidentales)- M5 (Zr-Nb) Nb 1%, Fe 0,01% (centrales russes)

7) alliages de Zr