PHYSIQUE DES MATÉRIAUX CHAPITRE 6. La trempe : Microstructures hors équilibre

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1 PHYSIQUE DES MATÉRIAUX CHAPITRE 6 La trempe : Microstructures hors équilibre

2 RAPPEL DU CHAPITRE 4: LES ALLIAGES (1)

3 RAPPEL DU CHAPITRE 4: LES ALLIAGES (2) H solution S solution

4 RAPPEL DU CHAPITRE 4: LES ALLIAGES (3) T= 298 K Omega= J/mole Lacune de solubilité Energie libre de formation de la solution en J/mole ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Omega= J/mole Omega=0 J/mole Omega= J/mole Solubilité complète Fraction atomique N (B)

5 RAPPEL DU CHAPITRE 4: LES ALLIAGES (4) Solubilité totale Lacune de solubilité Diagrammes de phases: décrivent un état d équilibre refroidissement lent

6 RAPPEL DU CHAPITRE 4: LES ALLIAGES (5) Fe-C Al-Cu A H J B N Austénite E (2,06) D C (4,3) F (6,67) G Austénite + Cémentite P S (0,8) K Ferrite + Cémentite Aciers Fontes

7 Refroidissements rapides L état du système ne peut plus être décrit par les diagrammes de phase Passage d une lacune de solubilité (trempe des duralumins) Passage d une transformation allotropique (trempe des aciers) APPLICATION AUX TRANSFORMATIONS À L ÉTAT SOLIDE

8 TREMPE DES DURALUMINS (1) Augmentation de la vitesse de refroidissement I. D abord, réduction de la taille des précipités Refroidissement lent Refroidissement rapide Relation de Hornbogen: σ = c Gb f d 1 3 Effet durcissant

9 TREMPE DES DURALUMINS (2) Augmentation de la vitesse de refroidissement I. D abord, réduction de la taille des précipités II. A haute vitesse (dite de trempe), non apparition des précipités : Solutions sursaturées

10 TREMPE DES DURALUMINS Mise en solution Trempe (refroidissement vif) Vieillissement

11 EVOLUTION DES DURALUMINS APRÈS TREMPE Retour à l équilibre en 3 stades 1. Formation de zones enrichies en soluté (Guinier-Preston) 2. Formation de précipités semi-cohérents (a) 3. Formation des précipités incohérents (c)

12 EVOLUTION DES DURALUMINS APRÈS TREMPE Cinétique du retour à l équilibre 1. Cinétique de la germination 2. Cinétique de la croissance 3. Cinétique globale Courbes en C

13 COURBES EN C L élévation de T : 1. Accélère la maturation 2. Supprime les étapes durcissantes Précipités cohérents : θ Précipités incohérents : θ Zones GP : GP Phase mère Al : α

14 ALLIAGES D ALUMINIUM - PROPRIÉTÉS Matériau Re(MPa) Rr (MPa) Al pur (99.99%) Al impur (99%) Duralumins Ferrite impure Ferrite moyenne Limite aciers alliés Ar (%)

15 TREMPE ISOTHERME DES ACIERS Cas de l acier eutectoïde, refroidissement à partir de l austénite

16 TREMPE ISOTHERME DES ACIERS Cas de l acier eutectoïde, refroidissement à partir de l austénite 1. Entre 700 et 550 C, formation de perlite de plus en plus fine. Germination (cémentite!) et croissance. 2. Entre 500 et 250 C, formation de ferrite cellulaire, aciculaire puis précipitation de cémentite. Germination et croissance. Formation de bainite : Microstructure très résistante sans perte de ductilité

17 TREMPE ISOTHERME DES ACIERS (SUITE)

18 PROPRIÉTÉS DE LA BAINITE Matériau Re(MPa) Rr(MPa) Ar (%) HB Ferrite pure Ferrite impure Cémentite 550 Perlite grossière Perlite moyenne Perlite fine Bainite supérieure Bainite inférieure

19 TREMPE ISOTHERME DES ACIERS EUTECTOÏDES 3. En dessous de 250 C : Transformation displacive Instantanée Insertion forcée de carbone et distorsion du réseau (cubique:=quadratique)

20 TREMPE ISOTHERME DES ACIERS EUTECTOÏDES 3. En dessous de 250 C : Transformation displacive Instantanée Insertion forcée de carbone et distorsion du réseau (cubique:=quadratique) Aiguille avec forte concentration de dislocation et de joints de grains (contraintes) Formation de martensite (très dure et très cassante)

21 TREMPE ISOTHERME (TTT) D ACIERS HYPOEUTECTOÏDES (3 CAS) 1. Pour T élevées, formation de ferrite proeutectoïde, puis de perlite 2. Pour T moyennes, formation de bainite (moins riche en cémentite que la bainite eutectoïde) 3. Pour T basses, formation de martensite moins riche en carbone ([%C]<0.8%)

22 TREMPE ISOTHERME (TTT) D ACIERS HYPOEUTECTOÏDES (3 CAS) Austénite moins stable : Recul des courbes en C vers la gauche Montée de Ms et Mf (Ms= [%C])

23 TREMPE ISOTHERME D ACIERS HYPEREUTECTOÏDES (3 CAS) 1. Pour T élevées, formation de cémentite proeutectoïde, puis de perlite 2. Pour T moyennes, formation de bainite (plus riche en cémentite que la bainite eutectoïde) 3. Pour T basses, formation de martensite plus riche en carbone ([%C]>0.8%)

24 TREMPE ISOTHERME D ACIERS HYPEREUTECTOÏDES (3 CAS) Austénite plus stable : Recul des courbes en C vers la droite Descente de Ms et Mf (Ms= [%C])

25 TREMPE ANISOTHERME DES ACIERS Courbes CCT au lieu de TTT: La période d incubation varie fortement selon qu on effectue un traitement à T constante ou suivant un autre chemin!

26 TREMPE ANISOTHERME DES ACIERS Courbes CCT au lieu de TTT - 5 domaines suivant la vitesse de refroidissement : perlitique, perlito-bainitique, bainitique, bainito-martensitique, martensitique Trempabilité = facilité à former de la martensite Vitesses critiques de trempe (inf & sup) - Effet de %C, du % des éléments d alliage et de la taille de grains et des défauts Modification de la trempabilité de l acier

27 TREMPE ANISOTHERME DES ACIERS (SUITE) ligne de début de transformation ligne de fin de transformation Vitesses critiques de trempe (inf & sup)

28 TREMPE ISOTHERME D ACIERS ALLIÉS Effet de %C, du % des éléments d alliage et des défauts