PHYSIQUE DES MATÉRIAUX (PARTIE MATÉRIAUX MÉTALLIQUES) Pr. J. Lecomte-Beckers
INFORMATIONS GÉNÉRALES Contacts : J. Lecomte-Beckers (Jacqueline.Lecomte@ulg.ac.be) - Professeur HM. Montrieux (hmmontrieux@ulg.ac.be) - Assistant Notes de cours : Partie Métaux (15 ) Partie Polymères (10, pas pour les maj. chimie) Disponible au Laboratoire MMS (B52 0/719) Diapositives: www.metaux.ulg.ac.be Travaux pratiques : 1 séance introductive à la thermodynamique et aux diagrammes d équilibre (mi-octobre) 1 laboratoires par groupe de 12 (1 demi-journée, fin octobre - novembre) Evaluation : Pondération 50/50% métaux/polymères (sauf maj. Chimie 100% métaux) Interrogation sur les laboratoires en décembre (20%) Examen oral en janvier (80%)
CONTENU DU COURS Modèles microstructuraux des métaux simples (CH1) Liaison entre ces modèles et les principales propriétés des métaux (CH2) Théorie des défauts (CH3) Alliages (CH4) Principales propriétés des métaux (CH5) Structures hors équilibre, la trempe (CH6) Evolution de la microstructure lors de la déformation plastique (CH7)
PLAN (1 ER COURS) Introduction Classification des matériaux Définitions
UNIVERS DES MATÉRIAUX Extraction Elaboration - Mise en œuvre Physique des matériaux Caractérisation & Sélection Matériaux nouveaux
UNIVERS DES MATÉRIAUX Industrie importante : 2,7 milliards de tonnes/an. En croissance. Mt/an Consommation mondiale d'acier brut 1.200 1.000 800 600 400 200 0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
UNIVERS DES MATÉRIAUX (OBJECTIFS) Améliorer les performances des matériaux Développer des méthodes de fabrication efficaces Minimiser l impact sur l environnement
UNIVERS DES MATÉRIAUX (SUITE)
QUELQUES CHIFFRES : PRODUCTION MONDIALE DE QUELQUES MÉTAUX Métaux : 1250 Mt/an Acier : 1125 Mt/an Fontes : 75 Mt/an Aluminium & alliages : 35 Mt/an Cuivre & alliages : 10 Mt/an Zinc & alliages : 7.5 Mt/an Plomb & alliages : 5 Mt/an Silicium :100 kt/an Argent : 15 kt/an Or : 2 kt/an Platinoïdes : 275 t/an
CLASSIFICATION DES MATÉRIAUX 4 catégories (selon la liaison atomique)
MÉTAUX ANCIENS Group 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Period 1 2 1 H He 2 11 12 13 14 15 16 17 18 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 5 55 56 6 Cs Ba * 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 87 88 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 7 ** Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 3 19 37 4 20 38 5 21 39 6 22 40 7 23 41 8 24 42 9 25 43 10 26 44 27 45 28 46 29 47 30 48 31 49 32 50 33 51 34 52 35 53 36 54 Li K Rb Be Ca Sr B Sc Y C Ti Zr N V Nb O Cr Mo F Mn Tc Ne Fe Ru Co Rh Ni Pd Cu Ag Zn Cd Ga In Ge Sn As Sb Se Te Br I Kr Xe 57 *Lanthanoids * La **Actinoids ** 89 Ac 58 Ce 90 Th 59 Pr 91 Pa 60 Nd 92 U 61 Pm 93 Np 62 Sm 94 Pu 63 Eu 95 Am 64 Gd 96 Cm 65 Tb 97 Bk 66 Dy 98 Cf 67 Ho 99 Es 68 Er 100 Fm 69 Tm 101 Md 70 Yb 102 No Les métaux de l antiquité sont Au, Ag, Hg, Cu, Sn, Pb, Fe + Pt Dès l antiquité les alliages sont connus : bronze (Cu/Sn)
MÉTAUX MODERNES >1 Gt/an >10 M/an >1 Mt/an >100 kt/an >10 kt/an > 1 kt/an > 100 t/an > 10 t/an Group 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Period 1 2 1 H He 2 11 12 13 14 15 16 17 18 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 5 55 56 6 Cs Ba * 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 87 88 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 7 ** Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 3 19 37 4 20 38 5 21 39 6 22 40 7 23 41 8 24 42 9 25 43 10 26 44 27 45 28 46 29 47 30 48 31 49 32 50 33 51 34 52 35 53 36 54 Li K Rb Be Ca Sr B Sc Y C Ti Zr N V Nb O Cr Mo F Mn Tc Ne Fe Ru Co Rh Ni Pd Cu Ag Zn Cd Ga In Ge Sn As Sb Se Te Br I Kr Xe 57 *Lanthanoids * La **Actinoids ** 89 Ac 58 Ce 90 Th 59 Pr 91 Pa 60 Nd 92 U 61 Pm 93 Np 62 Sm 94 Pu 63 Eu 95 Am 64 Gd 96 Cm 65 Tb 97 Bk 66 Dy 98 Cf 67 Ho 99 Es 68 Er 100 Fm 69 Tm 101 Md 70 Yb 102 No Tous les métaux peuvent maintenant être élaborés, y compris les difficiles comme Al, Mg, Ti, Zr, U et les difficilement séparables comme les terres rares (Y Yb). Certains n existent pas dans la nature Tc, et tous les éléments à partir du Neptunium.
MATÉRIAUX & PROPRIÉTÉS Matériaux = solides utilisés par l homme pour la fabrication d objets caractérisés par leur fonction et leurs propriétés physiques Relation entre la structure des matériaux et leurs propriétés
SCIENCE DES MATÉRIAUX Etude des relations entre l organisation à l échelle atomique, la microstructure et les propriétés des matériaux
QU EST-CE QU UNE STRUCTURE? Façon dont s organisent les éléments constitutifs : Électrons présents et interaction avec le noyau Disposition des atomes Micrographie d un laiton (75x) Groupements d atomes, agglomérats (microscopique) Éléments visibles à l œil nu (macroscopique) Soudure (œil nu)
QU EST-CE QU UNE PROPRIÉTÉ Caractéristique correspondant au type et à l ampleur des réactions d un matériau exposé à un agent déterminé : Propriétés mécaniques Propriétés physiques Propriétés chimiques Corrosion d un acier
PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES Déformation du matériau subissant l effet d une force : Module d élasticité Résistance en traction Fatigue Dureté Résilience Ténacité
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES Comportement électrique : - conductibilité - constante diélectrique - Comportement thermique : - capacité calorifique - conductibilité thermique - coefficient d expansion thermique -
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES Comportement magnétique : - ferromagnétisme - aimantation rémanente - hystérésis - Comportement optique : - indice de réfraction - réflectivité - nombre d Abbe -
PROPRIÉTÉS CHIMIQUES Réactivité chimique des matériaux : Corrosion Oxydation Inflammabilité Résistance aux acides, bases