MEC200 - Technologie des matériaux. Session 12. Les métaux. Chapitres 5, 10 et 11

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1 MEC200 - Technologie des matériaux Session 12 Les métaux Chapitres 5, 10 et 11 1

2 Introduction Les métaux ferreux Les métaux non ferreux Plan 2

3 Objectifs Classer les différents types d'aciers et comprendre leurs propriétés et comment on peut les modifier; Apprendre à faire un choix plus éclairé du matériau. 3

4 Aciers et fontes 90 % en masse de la production mondiale des alliages métalliques. Atouts : Les composés contenant du fer existent en grande quantité sur la croute terrestre (le Canada, qui se classe actuellement au 9 e rang parmi les pays producteurs de minerai de fer, se rapprochera du sommet*). La fabrication des alliages ferreux est peu coûteuse. Grande souplesse de mise en forme. Inconvénients : Très succeptible à la corrosion. Lourds : Aciers : 7.86 g/cm 3 ; Inox : 7.6 à 8 g/cm 3 ; Fontes : 7.1 à 7.3 g/cm 3 *Ressources naturelles Canada consulté le 18 mars

5 Diagramme d équilibre Fe-C Aciers Fontes 5

6 Introduction - aciers Matériaux les plus utilisés : Fins structurelles, charges, batiments, ponts, outils, automobile, réacteurs chimiques. Lesquels utiliser et quand? Quelles sont les grandes familles? Comment contrôler leur propriétés? % C Éléments d alliage Microstructure (modifiée par traitement thermique ou thermomécanique). 6

7 Grandes familles Selon la composition chimique ou domaine d utilisation Les aciers au carbone d usage général; Les aciers de traitement thermiques, alliés ou non; Les aciers à outils; Les aciers inoxydables 7

8 Teneur en carbone % C (aciers d usage générale) < 0.2 % Avec une augmentation de la teneur en C, Résistance mécanique augmente, TTDF augmente, Soudabilité diminue Trempabilité augmente. 8

9 Propriétés mécaniques Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 9

10 TTDF Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 10

11 Aciers à propriétés améliorées Aciers microallés HSLA (high strength low alloy) Éléments d alliage (~10wt.% au total) sont: Ti, Nb, Mo, V, Mn, Cu. Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 11

12 Température de transition ductile-fragile Amélioration de la ténacité => ductilité à plus basse température Si d baisse k : coefficient de Petch (fonction du matériau) d : taille des grains B : cste température Il est donc très intéressant de connaître l évolution de la microstructure et notamment de la taille des grains d un matériau. Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 12

13 Aciers Fontes Adapté de: Des matériaux et de Rainville 13

14 La ferrite Ferrite granulaire Solution solide de carbone dans le fer.( cc) % de carbone à température ambiante et environ % de carbone à 720 C. Ductile et malléable : 80 à 100 HV, Rm=~300MPa et un A %=~35 %. La ferrite est magnétique jusqu'à 770 C ( point de Сurie ). Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 14

15 Austénite Microstructure de l'austénite Solution solide de carbone dans le fer gamma ( ). La quantité de carbone atteint 1.7 % à 1145 C, ce constituant n'existe pas à la température ordinaire, il est stable qu'à haute température. Elle ne peut exister à la température ambiante que par un maintien hors équilibre à la faveur d'éléments d'alliages, dit gammagènes (ex. Ni et Mn). C est le cas des aciers austénitiques. Très ductile entre 22 et 31 HRc ( HV) Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM 15 Dorlot

16 Microstructures d alliages Fe-C Perlite Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 16

17 Microstructures d alliages Fe-C Mélange hypo-eutectoïde Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 17

18 Microstructures d alliages Fe-C Mélange hypo-eutectoïde Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 18

19 Microstructures d alliages Fe-C Mélange hyper- eutectoïde Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 19

20 Diagramme d équilibre Fe-C Acier = ferrite + cémentite Non magnétique Cémentite Céramique dure, fragile, Tf élevée, Ferrite Molle, ductile, tenace, élevé, magnétique bas, augmente la résistance des aciers 20

21 Acier : ferrite + perlite Ferrite : très ductile Perlite : peu ductile ACIER : moyennement ductile Ferrite : peu résistante Perlite : très résistante ACIER : moyennement résistant Les propriétés d un acier dépendent donc des phases en présence Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 21

22 Recuit des alliages à base de fer A 1 limite inf. de la transformation eutectoïde Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 22

23 Paramètres contrôlant la transformation eutectoide Plus on a de carbone, plus on a de Fe 3 C et de perlite, et plus l acier est résistant. Si C % continue d augmenter, les propriétés diminuent. La taille des grains d austénite obtenue lors de l austénitisation La vitesse de refroidissement (par exemple, perlite grossière ou perlite fine) La température de refroidissement Attention : jusqu à maintenant nous avions des traitements thermiques isothermes. À 0.8 % de C, on chauffe pour obtenir l austénite puis on refroidit et Hautes températures : perlite Moyennes températures : bainite Basses températures : martensite. Que se passe t-il si nous faisons un refroidissement continu? 23

24 Diagramme de Transformation-Température-Temps Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 50 % perlite 50 % bainite 24

25 Paramètres contrôlant la transformation eutectoide Diagramme TTT pour un acier 1050 (0.5%C) (1.1%C) Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 25

26 Diagramme de transformation en refroidissement continu Diagramme de transformation en Refroidissement continu de l acier 1080 Diagramme de transformation en Refroidissement continu pour un acier contenant 0.2% C 26

27 Paramètres contrôlant la transformation eutectoide Plus on a de carbone, plus on a de Fe 3 C et de perlite, et plus l acier est résistant. Si C % continue d augmenter, les propriétés diminuent. Effet de la concentration de C sur les propriétés mécaniques Refroidissement lent (perlite grossière) Limite elasticité Limite de résistance Allongement Refroidissement rapide (perlite fine) Limite elasticité Limite de résistance Allongement Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 27

28 Trempabilité d un acier Capacité d un acier donné à se transformer en martensite dans des conditions de refroidissement données. Attention ne pas confondre dureté et trempabilité. Mesurée par la diminution de la dureté en fonction de l augmentation de la distance sous la surface et donc d une teneur en martensite faible. Évaluée par l essai Jominy. 28

29 Essai Jominy Essai de Jominy pour déterminer la trempabilité d un acier Échantillon de 4 pouces et 1 pouce diamètre ASTM A Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 29

30 Courbes de trempabilité Jominy Extrémités trempés ont le même dureté car même % de C SAE 8660 Meilleure trempabilité SAE 5160 SAE 1060 Profondeurs de trempe Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 30

31 Milieux de trempe Par ordre de sévérité décroissante : Solutions d eau et de sel, L eau, Huiles, Brouillards (air contenant des gouttelettes d eau), Bains fluidisés (courant gazeux contenant des particules en suspension), L air et les gaz. Choisir le bain qui donne les résultats escomptés tout en étant le moins sévère possible, pour éviter des fissures, ruptures suites aux gradients de température très élevé (augmentation des contraintes internes). 31

32 Schéma de 3 types de traitement trempe martensitique directe (continue) Trempe bainitique - Plus rapide: 1 seul traitement contre 2 (trempe et revenu) : 40-50HRC. - Moins de déformations - Meilleure ductilité Trempe martensitique étagée - Moins de contraintes. - Moins de déformations - Conseillée pour des pièces délicates Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 32

33 Influence des éléments d alliages sur le trempage La composition chimique des aciers permet de déterminer les traitements qu on peut leur appliquer en fonction des propriétés recherchées. La trempabilité des aciers au carbone est faible. En général, il est impossible d obtenir une trempe à cœur lorsque la plus petite dimension des pièces excède une quinzaine de mm. Les éléments d alliage peuvent améliorer la trempabilité. Les éléments d addition retardent le début des transformation perlitique et bainitique et diminuent donc la vitesse critique de trempe. 33

34 Influence des éléments d alliages sur le trempage Influence de la teneur en Cr sur le domaine austénitique Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 34

35 Carbone équivalent C %C éq %Mn %Cr %Mo %V %Ni %Cu Plus C éq est élevé, Plus l acier est trempable, Moins l acier est soudable. Plus le pourcentage de carbone est élevé, plus l acier est trempable. Les aciers alliés (Ni-Cr-Mo) suivants sont classés par ordre de trempabilité croissante : 8620, 8630, 8640 et

36 SOUDAGE 1. Un chauffage très rapide jusqu à une température comprise entre la température initiale du métal et la température de fusion de celui-ci, suivant la distance à la zone fondue du point considéré; 2. Un refroidissement qui succède immédiatement au chauffage et dont la cinétique dépend essentiellement des paramètres de soudage Carbone équivalent et soudabilité C %C éq %Mn %Cr %Mo %V %Ni %Cu Plus C éq est élevé, moins l acier est soudable. Développement de la microstructure de la zone chauffée au cours du soudage (a) Structure à température maximale, (b) structure après refroidissement pour un acier faiblement trempant, (c) structure après refroidissement pour un acier fortement trempant Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 36

37 Carbone équivalent et soudabilité C %C éq %Mn %Cr %Mo %V %Ni %Cu Plus C éq est élevé, moins l acier est soudable. C éq < 0.45 % moins de risque de fissure dans la zone soudée et aucun traitement thermique n est nécessaire pour prévenir les fissures % < C éq < 0.6 % propice aux fissures. Traitement thermique nécessaire après le soudage. C éq > 0.6 % risque élevé de fissuration. Pre-chauffage et traitement thermique nécessaires. 37

38 Traitements de surface Traitements thermiques améliorent R e et R m mais diminuent la ténacité. Arbres de torsion, dents d engrenage. Besoin de dureté superficielle et de ténacité. Pas besoin de bonne trempabilité. Idéal pour aciers qui n ont pas beaucoup d éléments d addition. Les surfaces sont sièges d importantes contraintes de compression résiduelles. Bénéfiques pour résistance à la fatigue et endurance, car les microfissures auront plus de difficulté à se propager. Deux types : trempes superficielles et traitements thermochimiques. 38

39 Trempe superficielle On austénize la pièce. On la trempe. Épaisseur trempée inférieure à 1 mm. On revient. Aciers ordinaires % C : 0.30 à 0.50 %. Chalumeau (formes irrégulières engrenages et pièces en petite série). Induction d un courante à haute fréquence. Laser (CO 2 ), vitesse de chauffage C/sec, etc. 39

40 Trempe superficielle Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 40

41 Trempe superficielle Traitement de surface. (b) seule la surface est chauffée à Une température au dessus de A 1 et devient ensuite martensite Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 41

42 Trempe par induction d un engrenage Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 42

43 Tension Tension Attention lorsque l on fait une trempe!!! Expansion Fissures de trempe Chaud Trempé Trempé Trempé Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 43

44 Traitements thermochimiques On fait diffuser sous la surface de la pièce (1 à 2 mm) un élément en solution d insertion. Carbone (C) : carburation Azote (N) : nitruration Carbone + azote : carbonitruration Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 44

45 Traitements thermochimiques Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 45

46 Traitements thermochimiques carburation, nitruration et carbonitruration But : obtenir une surface dure et résistante. Processus : diffusion d un élément en solution d insertion sous la surface de la pièce (1 à 2 mm). Carbone (C) : carburation ou cémentation Aciers à bas carbone ( 0.10 à 0.25 %); Opération dans le domaine austénitique : vers 900 C; Milieux de carburation : Solides: mélange de charbon et d oxyde de fer (cémentation), Liquides : bains de cyanures fondus, Gazeux : mélange de CO+ CO 2 + hydrocarbures. 46

47 Traitements thermochimiques carburation, nitruration et carbonitruration Azote (N) : nitruration (augmente la résistance à la corrosion et résistance mécaniques) Aciers à moyen % carbone (0.40 %) + Al, Cr, Mn, Si. Mise en solution dans le domaine C Solubilité max de N dans Fe = 0.4 % à 590 C Formation des nitrures finement dispersés. Durcissement par addition des formateurs de nitrures (Al, Cr, V). Agents de nitruration : Liquides : bains de cyanures fondus, Gazeux : ammoniac. Carbone + azote : carbonitruration. 47

48 Les recuits Principe Chauffage jusqu'à obtention de la température désirée. Maintien de cette température pendant un temps d incubation nécessaire. Refroidissement à température ambiante. Temps et température Gradient de température entre extérieur et intérieure de la pièce. Si gradient T rapide => contraintes internes => fissures. Accélérer le recuit en augmentant la T => accélérer mécanisme de diffusion Buts Élimine les contraintes résiduelles (de trempe, soudage, forgeage, laminage). Diminution de la dureté. Amélioration de la ténacité et de la ductilité (peuvent être usinés). Produit une microstructure particulière. 48

49 Types de recuit et buts Le recuit de recristallisation 500 < Tº < 700 C Atténuer ou éliminer les effets d écrouissage => adoucissement d un métal préalablement déformé => augmentation de sa ductilité. Très utilisé dans le domaine de la mise en forme par déformations plastiques. Le recuit de détente 500 < Tº < 650 C Éliminer les contraintes résiduelles dans les pièces. Pour les alliages ferreux Recuit de normalisation Tº > A ºC Production de perlite fine et uniforme => Acier plus tenace. Recuit complet Tº > A ºC + refroidissement lent Production de perlite grossière douce et ductile. Recuit de sphéroidïsation Tº légèrement en dessous de A 1 Temps de recuit très long (< 20 h) coalescence de Fe 3 C => particules sphéroïdales. 49

50 Recuit des alliages à base de fer Normalisation T = A 3 (ou A m ) + 55 à 85 C Maintient jusqu a ce que l alliage se transforme en austénite + Refroidissement dans l air Perlite fine plus tenace Recuit complet T = A 1 ou 3 + (15 à 40 C) Refroidissement four éteint Perlite grossière + α proeutectoïde (ductile et douce) Sphéroïdisation T A 1 Chauffage : heures Fe 3 C particules sphéroïdales (doux et ductiles) Aciers sphéroïdisés Source: Science et Génie des Matériaux W.D. Callister 50

51 Recuit des alliages à base de fer Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 51

52 Effets des éléments -gènes et -gènes sur les domaines Effet de Mn ou Ni ( -gène) Effet des -gènes et Austénite Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 52

53 Actions des éléments d addition Éléments alphagènes ( -gènes) : Cr, Mo, Ti, W, V, Nb, Si, B, S Rétrécit le domaine de stabilité de (austénite) Augmente la température des transformations des phases Éléments gènes : Mn, Ni. (Voir Fig p. 487) Élargissent le domaine de stabilité de (austénite) Abaisse la température des transformations Permet de garder une structure austénitique à température ambiante Éléments qui forment des carbures : Cr, W, Mo, V, Ti, Nb (dans l ordre croissant) Se substituent en partie à Fe dans Fe 3 C (par exemple, Mn) Amélioration de la résistance à l usure Éléments formant une solution solide dans (Si, Ni) Ni freine la croissance du grain austénitique et améliore moyenne la trempabilité Les éléments -gènes, formant les carbures, empêchent la mise en solution de ces éléments dans l austénite. Surchauffe excessif mène vers la croissance des grains austénitiques et fragilisation. 53

54 Ex d effet du Cr: Alphagène Pour 0 % de C Disparition du domaine Si % Cr > 12.8 % Disparition complète de pour %Cr > 20 % Augmentation de la température des transformations Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 54

55 Influence des principaux éléments d alliages dans l acier W V Mo Ni Mn Cr C Propriétés améliorées X X X X X X Résistance Rm X X Dureté X X X X Résistance à l'usure X X X X X X Trempabilité X Ductilité X X Limite élastique Re X X Résistance à la corrosion X X X X Ténacité X X X Résistance au choc X Tenue en fatique X Forgeage et laminage X X Diminue la ductilité 55

56 Aciers à forte teneur de carbone Forte teneur de carbone 0.60 < % m C < 1.4 Ordinaires Des aciers au carbone, les fortes teneurs sont : très durs, plus résistantes, moins ductiles, résistent bien à l usure. à outils Cr, V, W formation des carbures : Cr 23 C 6, V 4 C 3, WC Dureté Trempabilité Tenue à chaud Résistance mécanique Résistance au fluage Résistance à l oxydation Ténacité Résistance à l usure couteaux rasoirs lames des scies ressorts fils Caractéristiques d utilisation des aciers à outils Résistance aux chocs thermiques

57 Aciers à résistance améliorée à la corrosion atmosphérique Il n y a pas de monde parfait!!! Résistance à la corrosion limitée Recouvrements (galvanisation, peinture, ) Ajout de certains éléments (ex. Cu) Amélioration considérable Formation d une couche protectrice d oxyde Cu ( %) Parfois Ni et Cr (0.5 %) et P ( < 0.15 %) 57

58 Aciers inoxydables Aciers inoxydables % Cr > 11%m Ferritiques (magnétique) Austénitiques Résistance à la corrosion très élevée 9-12% Ni Stabilisateur de Martensitiques (Magnétique) Cr 17% C, 25Cr 1.5 Mn C, 11.0Cr, 1.0Mn, 0.50Ni, 0.75 Ti C, 19C r 9Ni, 2.5Mo 316L 0.03C, 17C r 12Ni, 2.5Mo, 2.0Mn C, 12.5C r 1.0Mn 440A 0.70C, 17Cr 0.75Mo, 1,0 Mn moules pour verre chambres de combustion Système d'échappement des autos appareils chimiques appareils alimentaires Construction par soudage appareils médicals Ni stabililise à T ambiante Durcissable par écrouissage canons de carabines couteaux pièces moteur avion Durcissables par TTT couteaux outils de chirurgie Résistent à la corrosion généralisée et à l oxydation; Température d utilisation 1000 C; Le chrome rends l acier inoxydable en favorisant en milieu oxydant, la formation d un film passif à sa surface; Le chrome est un élément alphagène.

59 Diagramme de Schaeffler Structure obtenues après solidification d un cordon de soudure et refroidissement assez rapide

60 Métaux et alliages non ferreux Chapitre 11 60

61 MEC-200 Introduction Alliages d aluminium Corroyage Fonderie Alliages de cuivre Cuivre pur Laitons Bronzes Autres alliages Alliages de Mg Alliages de Zn Alliages de Ti Alliages réfractaires Métaux non ferreux 61

62 MEC-200 Métaux non ferreux Aciers, 90 % des matériaux métalliques; Aluminium, magnésium, cuivre, titane, zinc, plomb etc.; Métaux réfractaires (T f élevée) : niobium, molybdène, tungstène, tantale; Superalliages à base de nickel ou de cobalt. Avantages des métaux non ferreux : Grande résistance à la corrosion; Grande facilité de formage, de travail à l outil et à la forge; Meilleur fini de surface; Meilleures propriétés mécaniques et physiques que les métaux ferreux (à poids égal). Résistance Résistance Spécifique masse volumique Désavantage : Plus coûteux que les métaux ferreux 62

63 Métaux non ferreux Source: Essentials of Materials Science and Engineering, D.R. Askeland, P.P. Fulay 63

64 Alliages non ferreux Coulées (de fonderie) Fragiles (difficulté ou impossibilité de mise en forme); Il faut de la coulabilité, bonne aptitude à remplir la cavité; Absence de fissures lors du retrait; Bon projet pour éviter les gradients de microstructure. Corroyage 64

65 Alliages non ferreux Coulées (de fonderie) Corroyage Extrusion Laminage Forgeage Usinage 65

66 Aluminium et ses alliages Production = 2 % de la production des aciers mais seconde position en production des métaux. Légers 2.7 g/cm 3 contre 7.9 g/cm 3 aciers Bonne résistance à la corrosion Formation d une couche de Al 2 O 3 Conductibilité électrique élevée 62 % celle du cuivre Propriétés mécaniques Faibles mais améliorées par : Mise en forme Écrouissage : 1000 (Al pur), 3000 (Al-Mn),5000 (Al-Mg) Durcissement structural : 2000 (Al-Cu et Al-Cu-Mg); 6000 (Al-Mg-Si), 7000 (Al-Zn-Mg et Al-Mg-Cu). Tf basse (660 C) => fonderie Très ductile => bonne capacité de mise en forme par déformation plastique - corroyage 66

67 Série Aluminium de corroyage Éléments d addition principal 1000 Aluminium pur (99%) 2000 Cuivre 3000 Manganèse 4000 Silicium 5000 Magnésium 6000 Magnésium + Silicium 7000 Zinc+Magnésium, Zinc+Magnésium+Cuivre 8000 Autres éléments

68 Comment améliorer les propriétés mécaniques d Al et ses alliages? Durcissement structural Traitement thermomécanique Écrouissage Alliages: 2000, 4000, 6000, 7000 Al pur, alliages: 3000, 5000, etc.

69 Le cuivre et ses alliages Cuivre pur (copper): un des premiers métaux utilisés par les hommes Excellente conductibilité électrique, utilisé pour conducteur, transformateur; CFC, très ductile, facile à conformer par déformation plastique et difficile à usiner; Peut être écroui à volonté; Très résistant à la corrosion (atmosphère ambiante, eau de mer); Applications : tuyaux à eau, plomberie, pompes et vannes etc. Alliages : Laiton (Cu-Zn); Bronze (Cu-Sn), Cu-Al, Cu-Ni, Cu-Be, Cu-Zn,Ni Résistance à la corrosion améliorée; Ne peuvent pas être durcis par traitement thermiques; Écrouissable; Applications : bijoux, douilles des cartouches, radiateurs d automobile, instruments de musique. 69

70 Alliages de magnésium : Mg Magnésium Mg Masse volumique : 1.7 g/cm 3 (plus léger que Al : 2.7 g/cm 3 ) 2 X plus cher que l aluminium 70

71 Le magnésium et ses alliages Matériau Caractéristiques et rigidités spécifiques d aluminium et de magnésium (Bailon, 2000; ASM, vol.16, 1999) Masse volumique (t/m 3 ) Module d Young (Gpa) Rigidité spécifique Température de fusion f ( C) Coefficient de dilatation linéique (10-6. C -1 ) Aluminium Magnésium E/ Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot 71

72 Alliages de Mg Plus léger (1.7 g/cm 3 ) que l aluminium (2.7 g/cm 3 ); Utilisé en aéronautique et industrie spatiale; implants biodégradable HC, trois plans de glissement, donc ductilité faible et difficile à mettre en œuvre par déformation plastique mais bonne usinabilité; Toutefois au dessus de 200 C, nouveaux plans de glissement et déformation plastique possible et écrouissage à chaud; Utilisés en fonderie et corroyage; Sensibles au durcissement structural si on ajoute des éléments (Al, Zn, Zr, Mn, Ag). Corrosion Très mauvaise tenue en corrosion marine; Résistent relativement bien à la corrosion atmosphérique. 72

73 Cathodique Potentiels de corrosion des métaux dans l eau de mer 33 g/l de sel (NaCl) ph = 8.2 Température : 25 C Source: Des Matériaux, JP Bailon, JM Dorlot Anodique 73

74 Le titane et ses alliages Propriétés : Densité : 4.5 g/ cm 3, Pt de fusion : 1800 C. Avantages : Très rigide, Très bonne résistance mécanique - Rigidité spécifique (R m / ) supérieure à celle des métaux Excellente résistance à la chaleur, Inoxydable Désavantages : Cher, Difficile à forger, usiner. Utilisation : Aéronautique Boulons et attaches, Bras de transmission et support mobile, Pièces destinées aux zones de température élevées. Utilisation comme biomatériaux! 74

75 Propriétés mécaniques Alliages alpha Résistent au fluage jusqu à 650 C. Résistent à l oxydation jusqu à 1100 C peu déformables à froid peu sensibles aux traitements thermiques Alliages béta Se prêtent bien à la déformation TTDF = - 60 C S utilisent difficilement à chaud; instable vers 350 C 75

76 Les alliages à mémoire de forme Effet de la transformation thermoélastique reversible entre la phase austénitique et martensitique a Superélasticité b Effet de mémoire de forme c d e Md Ms Ms Af Af As Af As Ms Mf Ms As Af Ms T T T Nickel-Titane: Nitinol (NIckel-TItanium Naval Ordnance Laboratory, USA) Cu-Zn-X (Sn, Al, Si, Be, Ga), Cu-Al-Ni, Cu-Sn, InTl, Cu-Al-Ni Fe-Mn-C, Fe-Mn-Si, Fe-Ni, etc. T T V. Brailovski, et. al. Shape memory alloys: fundamentals, modeling and applications, ETS, 2003, 851 p. 76

77 Exemples d application des alliages à mémoire de forme Figure Rotor type energy conversion system with a vertical arrangement of working elements. Figure Different types of SMA fasteners, Patent (1976). Steel Spring Magnets SMA Spring P2 P2 P2 P2 Figure 20-5 Tooth row anomaly correction with the help of orthodontic nickel-titanium arc [93 Steel Spring P1 COLD P1 = P2 COLD P2>P1 Figure 19.9 Clogging Indicator Sensor. P1 P1 P1 WARM P1= P2 Figure Superelastic device, Trawl. The scheme of stone extraction from the hollow organ by means of the working element. 77

78 Les alliages réfractaires Alliages réfractaires? Conservation des propriétés mécaniques à haute température (700 à 1000ºC) Alliages utilisés À base de fer et de nickel Superalliages à base de nickel Superalliages à base de cobalt Utilisation Soupapes des moteurs : oxydation due au gaz d échappement, usure, déformation pour des températures d utilisation de l ordre de 750ºC Fours industriels et équipement thermiques : température d utilisation > 1000ºC + résistance à l oxydation et chocs thermiques Industries pétrochimiques : température et pression élevées + milieu très corrosif (acide ) Centrales thermiques : échangeurs de chaleur, turbines Industrie aéronautique : turboréacteurs où le rendement est lié a`la température (actuellement T = 1100 C) 78

79 Alliages réfractaires Ni, Co, Fe-Ni 79

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