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GÉNIE DES MATÉRIAUX 

COURS ING1035COURS ING1035COURS ING1035COURS ING1035 ---- MATÉRIAUXMATÉRIAUXMATÉRIAUXMATÉRIAUX 

CONTRÔLE N° 2

du 26 mars 2002

de 8h45 à 10h20 

Q U E S T I O NQ U E S T I O NQ U E S T I O NQ U E S T I O N N A I R EN A I R EN A I R EN A I R E

NOTES : ♦ Aucune documentation permise.♦ Calculatrices non programmables autorisées.

♦ Les nombres entre parenthèses indiquent le nombre de pointsaccordés à la question, le total est de 25 points.

♦ Pour les questions nécessitant des calculs ou une justification, aucun point ne sera accordé à la bonneréponse si le développement n’est pas écrit.

♦ Utilisez les espaces prévus ou la page opposée pour voscalculs.

♦ Le questionnaire comprend 8 pages, incluant les annexes (simentionnés) et le formulaire général.

♦ Le formulaire de réponses comprend 6 pages.♦ Vérifiez le nombre de pages du questionnaire et du formulaire

de réponses.

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Cours ING1035 MATÉRIAUX Page 2 de 8 Contrôle n° 2 du 26 mars 2002

Sous-total: 15 pts

Exercice n° 1

Grâce à sa très faible masse volumique (0,53 g/cm3), le lithium est utilisé, en faible concentration (%m. < 10%),comme élément d’alliage dans l’aluminium pour produire des alliages destinés principalement à l’aéronautique.En annexe, vous disposez du diagramme d’équilibre aluminium – lithium (Al – Li).

a) Combien y a-t-il de points eutectiques sur le diagramme Al – Li et quelle est la température quicaractérise chacun de ces points ?

b) Quels sont les composés définis présents sur le diagarmme Al - Li ? Lesquels sont stoechiométriques etlesquels ne le sont pas ?

c) Quelle est la formule chimique de la phase γ γγ γ  ?

d) Quelle doit être la composition nominale C0 (en %m) en Li d’un alliage qui, à 400 °C, contient 50 %m. de

phase γ γγ γ  et 50 %m de liquide ?

Les alliages commerciaux Al – Li sont des alliages qui se prêtent au traitement de durcissement structural.

e) Quelle est la teneur théorique maximale en lithium (en %m. Li) de ces alliages ?

f) À quelle température optimale (en °C) doit être fait la mise en solution solide du lithium, étape quiprécède la trempe et le vieillissement ?

Exercice n° 2

L’acier 4140 est un acier allié souvent utilisé pour fabriquer diverses pièces devant supporter des contraintes car,par traitements thermiques, on peut aisément moduler ses propriétés mécaniques. En annexe, vous disposez dudiagramme TTT de cet acier.

a) À quelle température minimale (en °C) doit être réalisée l’austénitisation de cet acier ?

 Après austénitisation complète de l’acier, on désire obtenir une dureté finale (à température ambiante) égale à

20 HRC.

b) À quelle température doit-on tremper l’acier après son austénitisation ?

c) Après 40 secondes de maintien à cette température, quels sont les constituants en présence dans l’acier?

d) Au bout de combien de temps (en secondes) l’acier est-il totalement transformé ?

e) Quelles sont alors les constituants en présence ?

f) Si l’on avait trempé à l’eau (20 °C) l’acier après 40 secondes de maintien à la température déterminée àla question b) ci-dessus, quels auraient été les constituants obtenus à la température ambiante (20 °C)?

Vous disposez aussi de la courbe de revenu de cet acier (voir annexe).

g) Proposez deux traitements thermiques différents qui conduiront à une dureté finale égale à 44 HRC.Pour chacun des traitements, précisez clairement chacune des étapes, sa durée (en secondes) et latempérature à laquelle elle se déroule.

.

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Cours ING1035 MATÉRIAUX Page 4 de 8 Contrôle n° 2 du 26 mars 2002

ANNEXES

Diagramme d’équilibre Al – Li

αααα

γ γγ γεεεε

δδδδ

4

7,5

24

17

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Cours ING1035 MATÉRIAUX Page 5 de 8 Contrôle n° 2 du 26 mars 2002

ANNEXES

Courbes TTT de l’acier 4140

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Cours ING1035 MATÉRIAUX Page 6 de 8 Contrôle n° 2 du 26 mars 2002

ANNEXES

Courbe de revenu de l’acier 4140

Courbes de résilience Charpy d’un acier et détail des éprouvettes Charpy

Tem érature θθθθ 

    É  n  e  r  g   i  e

    WA

CB

r = 25 µm

h = 2 mm

r = 1 mm

Détail de l’entaille Charpy

V U

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Cours ING1035 MATÉRIAUX Page 7 de 8 Contrôle n° 2 du 26 mars 2002

ANNEXES

Courbes de fatigue – endurance de l’acier 4140 (dureté HRC = 44)

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Cours ING1035 MATÉRIAUX Page 8 de 8 Contrôle n° 2 du 26 mars 2002

( )[ ]zyxxE

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