UNIVERSITE DE BOURGOGNE Année : 2012-2013 U.F.R. Sciences et Techniques Date : 23 MAI 2013 LICENCE DE CHIMIE EPREUVE Physico-chimie des Matériaux Durée : 1 h 30 (Documents non autorisés) Exercice 1 : Etude du diagramme Mo Si (7 points) 1. Indiquer sur le diagramme binaire Mo Si de la figure 1 la nature des phases dans chaque domaine, ainsi que le liquidus et le solidus ; 2. Quels sont tous les composés et solutions solides que l on peut former entre Mo et Si? 3. Identifier de manière précise toutes les transformations (donner les équations et leurs noms) qui sont repérées par les horizontales du diagramme. 4. Le molybdène cristallise dans le système cubique centré et sa masse volumique a pour valeur 10,20g/cm 3. Représenter la maille et calculer le rayon atomique du molybdène (M Mo= 96 g/mol). 5. On considère la solution solide (Mo) A, dont la structure est également cubique centrée, des atomes A remplaçant l atome du centre dans le motif initial. Quel est le type de solution solide que vous avez formé? Rappeler ainsi les conditions d obtention d une telle solution solide. Figure 1 : Diagramme binaire Mo - Si Physico-Chimie des Matériaux 1/6 L3 CHIMIE
Exercice 2: Les diagrammes TTT et TRC des aciers (9 points) 1. On se propose d étudier le TTT de l acier 40 CrAlMo6-12. Donner la composition chimique de cet acier. A partir de la figure 2, identifier les différents domaines présents sur cette courbe. Décrire de manière précise ce qu il se passe pour les deux conditions ci-dessous après une austénitisation à 850 C suivie d un : Ech.a: Refroidissement à 700 C en 1 seconde et un maintien de 1 heure à cette température suivi d un refroidissement jusqu à la température ambiante. Ech.b: Refroidissement à 400 C en 1 seconde et maintien pendant 75 secondes à cette température suivi d un refroidissement jusqu à la température ambiante. Dessiner la micrographie attendue après une attaque au NITAL. 2. On se propose d étudier le TRC de l acier 40 CrAlMo6-12 A partir de la figure 3, identifier les différents domaines présents sur cette courbe. Décrire ce qu il se passe pour les deux échantillons suivants : - Ech.c: Austénitisation de 30 minutes à 900 C puis trempe permettant de revenir à la température ambiante en 600 secondes. - Ech.d: Austénitisation de 30 minutes à 900 C puis trempe permettant de revenir à la température ambiante en 3 heures. 3. A l aide du TRC de cet acier, commenter la micrographie présentée figure 4 puis tracer de manière précise la courbe dilatométrique conduisant à cette microstructure (seule l étude du refroidissement est demandée). Figure 4 : Micrographie de l acier 40 CrAlMo6-12 après attaque au Nital (X500) Physico-Chimie des Matériaux 2/6 L3 CHIMIE
Figure 2 : TRC de l acier 40 CrAlMo6-12. Physico-Chimie des Matériaux 3/6 L3 CHIMIE
Figure 3 : TRC de l acier 40 CrAlMo6-12. Physico-Chimie des Matériaux 4/6 L3 CHIMIE
4. Etude du revenu de la martensite a) A partir de la figure 5, expliquer les différentes phases d adoucissement de la martensite lorsque la température de revenu augmente. Rappeler la définition d une transformation martensitique. Figure 5 : Evolution de la dureté de la martensite en fonction du pourcentage de carbone dissous dans la martensite et en fonction de la température de revenu b) Commenter ce qu il se passe sur la figure 6, lorsque des éléments d additions tels que le vanadium et le chrome sont ajoutés à un acier non allié d outillage contenant 0,5% de carbone. Expliquer les différences observées. Figure 6: Influence des éléments d additions (V et Cr) sur le durcissement secondaire à 550 C d un acier d outillage à 0,5% de carbone. Physico-Chimie des Matériaux 5/6 L3 CHIMIE
Exercice 3 : Corrosion et protection des matériaux métalliques (4 Points) Une plate-forme offshore réalisée en acier possède une surface immergée de 550 m². Données : a) En rappelant les différentes hypothèses et grandeurs intervenant dans le calcul, estimer la perte de masse de la plate-forme après une période de fonctionnement de 10 ans, en supposant que pendant 85% du temps la mer est calme. b) Quelle solution de protection est envisageable pour ce type de structure? (réponse brève) Condition : Mer agitée Mer calme j corr (A/dm²) 1,12.10-2 7,00.10-3 Fe : masse molaire : 56 g/mol, densité : 7,8, valence : 2 ; coefficient de transfert de charge anodique 0,5 ; E (Fe 2+ /Fe)=-0,44 V/ENH R=8,31451 S.I. ; k B=1,38.10-23 S.I. ; T=300K ; F=96500 C/mol Physico-Chimie des Matériaux 6/6 L3 CHIMIE