DUPOUY Sébastien Lundi 15 mai 1997 MIQUEL Vincent

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1 DUPOUY Sébasien Lundi 15 ai 1997 MIQUEL Vincen groupe 1 binôe 3 Règle des phases Observaions de la srucure d équilibre d alliages Fer-arbone par Microscopie opique TP de aériaux 2

2 I) Inroducion L exaen éallographique des éaux e alliages préalableen polis puis souis à une aaque chiique ou élecrolyique pere de préciser : - l hisoire écanique du aériau éudié (écrouissage, acles de déforaion...), - la présence ou l absence d héérogénéié de consiuion, - la grosseur des grains de l échanillon, son éa de recrisallisaion, - le nobre e la répariion des phases en présence. Toues ces données obenues sur une surface d un échanillon peuven êre exrapolées à des données voluiques. Le bu de ce TP es de onrer qu une siple observaion à l échelle du icroscope opique pere de connaîre sans grande erreur la coposiion noinale d un alliage e son hisoire éallurgique lorsque les raieens heriques on éé réalisés dans des condiions proches de l équilibre. Pour cela, il es sipleen nécessaire d appliquer la règle des segens inverses dans le doaine biphasé considéré. Pour les alliages copris dans des doaines onophasés, cee observaion présene oins d inérê car elle n appore aucune donnée sur la quanié de solué en soluion solide. L analyse chiique poncuelle es alors nécessaire. On nous propose de ere en évidence par une éude icrographique, les odificaions srucurales présenés par les alliages Fer-arbone (aciers). Les pourcenages de carbone en poids seron les suivans : 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 D i a g r a e d e p h a s e s F e r - a r b o n e F e , % + F e , 2 0, 4 0, 6 0, 8 1 1, 2 1, 4 1, 6 % :ausénie : soluion solide de carbone dans le fer (F) au dessus de 723 :ferrie : soluion solide de carbone dans le fer () avec %<0,025% Fe 3 : céenie : coposé défini Fe 3 : perlie : alliage de carbone e de fer, laelles alernées

3 1) oposiion à 723 : On rearque que pour un pourcenage de carbone varian de 0,025% à 0,8%, le pourcenage de ferrie () rese consan bien que la epéraure passe de à ependan, au passage du palier euecique, l ausénie () se ransfore en ferrie e céenie sous fore de perlie. Donc perlie = ausénie ou On a + + Fe 3 asse perlie asse oale asse d'ausénie asse oale TE - T E + En appliquan la règle des segens inverses, on obien : asse perlie asse oale - 0,025 0,8-0,025 De êe, pour un pourcenage de carbone varian enre 0,8 e 6,67%, le pourcenage de céenie rese consan. En appliquan coe précédeen la règle des segens inverses, on obien : asse perlie asse oale 6,67-6,67-0,8 On a + Fe 3 + Fe 3 On obien le ableau suivan : % carbone 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 % perlie 0 9,68 22,6 48,4 74, ,6 2) Naure e proporions des phases à la epéraure abiane : A epéraure abiane, on a 2 phases en présence : la phase e Fe 3. On considère la epéraure à 20 ais on fera les calculs à la epéraure de 500, cope enu du fai que le sysèe rese inchangé. On peu de nouveau appliquer la règle des segens inverses dans ce doaine : % ferrie = 6,67-6,67-0,008 % céenie = Fe3 0, 008 6,67-0,008 % carbone 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 % ferrie ,6 97,1 94,1 91,1 88,1 85,1 % céenie 0 1,4 2,9 5,9 8,9 11,9 14,9

4 3) Proporion de ferrie qui se ransfore en céenie lorsque l on passe de T E à la epéraure abiane : à 723 : 6,67 - P 6, 67 0, à 500 : 6,67 - P 6, 67 0, Par conséquen, la proporion de ferrie ransforée en céenie lorsque l on passe de 723 à 500 es de : P = P P P = 0,26% II) Préparaion des échanillons Pour préparer un échanillon, on sui le ode opéraoire suivan : découpage e recificaion polissage écanique sur papier éeri de grains de plus en plus fins rinçage e séchage (alcool + air chaud) polissage aluine rinçage e séchage (alcool + air chaud) aaque chiique pour révéler la srucure rinçage e séchage (alcool + air chaud) Enfin, il es possible d observer l échanillon au icroscope opique. III) Observaion des échanillons L observaion des différens échanillons es faie en annexe coporan les phoos. L idenificaion des échanillons se fai grâce aux oifs apparaissan sur ceux-ci. es différens oifs on éé révélés par l aaque chiique au nial. Ne coloran ni la ferrie, ni la céenie, ce réacif s aaque plus spécifiqueen à la ferrie. Il se crée alors un icrorelief schéaisé sur la figure suivane : s u r f a c e p r i i i v e c é e n i e f e r r i e

5 si le faisceau luineux issu du icroscope n es pas exaceen parallèle, les laelles de céenie, en relief, foreron de l obre sur les paries ferriiques. Il en résule une coloraion foncée en bordure des laelles de céenie. IV) Déerinaion des concenraions par copage coparaif des surfaces de chaque phase : a) Si S A e S B son les surfaces relaives de 2 phases A e B présenes sur une coupe éallographique d un échanillon, sur une surface uniaire S de ce dernier, la SA proporion des secions sera SB. VA Pour déeriner le rappor des volues des phases VB, on inègre selon un éléen SA dz VA S A S dz V B B SB dz :. SA b) Pour esurer SB, la éhode la plus siple consise à placer une feuille de papier illiéré ransparene sur l écran du sysèe vidéo associé au icroscope e de coper les carreaux (ou de réaliser la éhode par pesée). c) La règle des segens inverses peu s écrire pour un sysèe biphasé en se rappelan que celle-ci n es valable que pour des pourcenages assiques des deux phases en équilibre. ( A ) ( A ) ( A ) ( A ) = concenraion assique de A dans la phase ( A ) = concenraion assique de A dans l alliage ( A ) = concenraion assique de A dans la phase ( ) - ( ) A A ( ) ( ) A A V V d d S S d d où d e d son respeciveen les densiés des phases e, ce qui condui à :

6 ( ) = S d + S d A S d S d V) onclusion : Tous les échanillons ayan une srucure euecique se présenen sous fore alernée d un des consiuans dans l aure. Dans le doaine des basses epéraures, les aciers hypoeueciques son consiués de ferrie e de céenie e donc à foriori de ferrie e de perlie. Dans le doaine des basses epéraures, les aciers don le pourcenage de carbone es inférieur à 0,1% en poids coniennen de la perlie.

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