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4.2.1 BonificationG
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atér
iaux
de
l’ing
éni
eur
Modification des propriétésdes matériaux
Plan4.2 Modifications
des propriétés des matériaux
4.2.1 Modifications recherchées : bonification
Des MatériauxSection 6.1
Sauf p.240-246 et 258
4.2.1 BonificationG
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* Propriétés intrinsèques
- difficilement modifiable
- dépendent du type de liaison et de l’architecture atomique (quasiment insensibles aux défauts)
- varient de façon continue en fonction de la composition du mélange
ex.: module d’Young (E), température de fusion, coefficient de dilatation linéique (); dépendent des forces de liaison interatomiques
Propriétés des matériaux
4.2.1 BonificationG
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* Propriétés extrinsèques
- dépendent des défauts inclus dans le matériau et de la microstructure
- varient considérablement en fonction de la composition et des traitements qu’on lui applique (thermiques ou mécaniques)
ex.: conductivité, limite d’élasticité, résistance à la traction, allongement à la rupture, ténacité, dureté, etc
Propriétés des matériaux
4.2.1 BonificationG
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* Mécanismes de modification des propriétés mécaniques
- Variation de la composition
- Modification de la microstructure
- Traitements mécaniques (écrouissage)
- Traitements thermiques (refroidissement et chauffage)
* Conséquences (durcissement)
- diminuer le mouvement des dislocations dans le réseau cristallin
augmentation de Re, Rm et de la dureté
diminution possible de la ductilité
4.2.1 BonificationG
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* Injection d’atomes en solution solide
- insertion ou substitution
* distorsion dans le réseau cristallin* création d’un champ de contraintes
* entrave au mouvement des dislocations
amélioration des propriétés mécaniques
1- Variation de la composition(Durcissement par solution solide)
4.2.1 BonificationG
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Exemples
Augmentation de 3% de Mg triple Rm
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L’effort supplémentaire exigé pour mettre en mouvement les dislocations se traduit par un pic sur la courbe contrainte/déformation de l’acier
Vidéo 6.7
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* Effet de la taille des grains
- les métaux ont une limite d’élasticité dont la valeur dépend de la taille des grains
- la diminution de la taille des grains permet d’augmenter la limite élastique et la ténacité (sans diminuer la ductilité)
2- Modification de la microstructure(Durcissement par affinement de la taille des grains)
Les joints de grain sont des obstacles aux mouvements des dislocations
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* Exemple
- variation de Re 0,2 en fonction de la taille des grains pour différents métaux et alliages
2- Modification de la microstructure (suite)
Vidéo 6.5
4.2.1 BonificationG
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3- Traitements mécaniques(Durcissement par écrouissage)
Figure 6.1 du livre
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3- Traitements mécaniques(Durcissement par écrouissage)
* Rappels Essai de traction
Augmentationde Re dû au déplacement du pic et de Rm dû à unediminution de la section
l0
A0
l
A
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* Explication simplifiée du phénomène
- la déformation plastique est associé au mouvement des dislocations - plus la déformation augmente :
* plus la densité de dislocations augmente
* plus les dislocations rencontrent des obstacles
- mouvement des dislocations de plus en plus difficile
- il est donc nécessaire d’augmenter la contrainte pour que la déformation se poursuive
augmentation de Re et Rm (mais diminution de A%)
3- Traitements mécaniques (suite)
4.2.1 BonificationG
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* Techniques d’écrouissage
- Traction
- Tréfilage
- Laminage
- Forgeage
3- Traitements mécaniques (suite)
Vidéo 6.3
4.2.1 BonificationG
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4- Traitements thermiques
différence dans le degréde transformation
différence demicrostructure
différentespropriétés
Modification des propriétéspar des traitements thermiques
(série de chauffages et de refroidissements contrôlés)
sans changementallotropique de la matrice
avec changementallotropique de la matrice
(a)le durcissement
structural(aluminium)
(b)la transformation
martensitique(aciers)
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* Exemple d’un alliage Al - 4,5% Cu - refroidissement lent (rappel de 4.1.2)
4- Traitements thermiques(a) le durcissement structural
CuAl2
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CuAl2
1
23
* Exemple d’un alliage Al - 4,5% Cu - traitements thermiques
4- Traitements thermiques(a) le durcissement structural (suite)
1 - Mise en solutionsolution solide Al-Cu; équilibre
2 - Trempesolution solide sursaturée Al-Cu; hors équilibre
3 - Vieillissementretour partiel vers l’équilibre; précipitation
4.2.1 BonificationG
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* Remarques- L’essai de dureté (résistance à la pénétration d’un matériau) permet de
caractériser des fines variations de microstructure (Des Matériaux, tabl. 1.1) - La dureté donne une mesure indirecte de la résistance à la traction (Des Matériaux, fig. 1.15)
4- Traitements thermiques(a) le durcissement structural (suite)
4.2.1 BonificationG
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* Exemple d’un alliage Al - 4,5% Cu
- variation des propriétés mécaniques en fonction du temps de vieillissement
4- Traitements thermiques(a) le durcissement structural (suite)
propriétésmédiocres
variation de lamicrostructure
propriétésoptimales
4.2.1 BonificationG
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* Alliages d’aluminium courbes de revenu
4- Traitements thermiques(a) le durcissement structural (suite)
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* Exemple des aciers (Fe-C) diagramme Fer-Carbone
4- Traitements thermiques(b) la transformation martensitique
La transformation de phases au refroidissement est allotropique, c’est-à-dire qu’elle s’effectue avec un changement de structure cristalline :
( . . . ) ( . . )c f c c c
4.2.1 BonificationG
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* Exemple des aciers (Fe-C)
- traitements thermiques : mise en solution
- Trempe
- - courbes TTT (temps, température, transformation): permet de prévoir, en fonction de la température de trempe: 1) la microstructure, 2) les propriétés mécaniques, 3) le temps de transformation
4- Traitements thermiques(b) la transformation martensitique (suite)
courbes TTT
TempsTempératureTransformation
Pour cet exemple,- 0,8% C- austénitisation 30 min
à 850°C
4.2.1 BonificationG
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* Exemple des aciers (Fe-C) - courbes TTT : exemples
4- Traitements thermiques(b) la transformation martensitique (suite)
exemple 1
exemple 2
transformationmartensitique {
mic
rost
ruct
ure
fine
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* Exemple des aciers (Fe-C) transformation martensitique
4- Traitements thermiques(b) la transformation martensitique (suite)
* trempe d’un acier à une température inférieure à Ms
* l’austénite ne se transforme plus en ferrite et en cémentite mais plutôt en martensite
- structure différente mais composition identique
* obtention d’une structure quadratique centrée (cristal de ferrite déformé)
- pas de diffusion (déplacements faibles des atomes)
* la transformation n’est fonction que de la température
- elle ne se poursuit qu’en abaissant la température
* la phase martensitique est dure et fragile
4.2.1 BonificationG
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* Exemple des aciers (Fe-C)
- transformation martensitique (suite)
4- Traitements thermiques(b) la transformation martensitique (suite)
0,8% C
Martensite0,8% C
c.c.
0,02% C
Fe3C6,7% C
Perlitec.c.
Austénite750 Cc.f.c.
}éq
uilib
re trempe
4.2.1 BonificationG
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* Exemple des aciers (Fe-C) - structure de la martensite
4- Traitements thermiques(b) la transformation martensitique (suite)
les atomes de carbonebloquent les dislocations
dureté de la martensite
représentation schématiquede la transformation martensitique
4.2.1 BonificationG
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* Exemple des aciers (Fe-C)
- revenu de la martensite (pour améliorer la ténacité)
4- Traitements thermiques(b) la transformation martensitique (suite)
adoucissement de la martensite par le revenu
4.2.1 BonificationG
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* Les recuits
- chauffage qui permet de restaurer les propriétés de base de l’alliage
- permet d’éliminer ou d’atténuer les conséquences indésirables d’un écrouissage préalable
Exemple : une tôle
* écrouissage (travail à froid) pour la fabriquer
* trop dure et trop fragile pour la changer de forme
* le recuit permet de redistribuer et d’éliminer certains défauts, ce qui la rendra plus facile à mettre en
forme
4- Traitements thermiquesNote finale
