Propriétés des matériaux :Les Traitements

Thermiques

SIMON DenisTRUPTIL SébastienIFI 2007

SOMMAIRE :

1) Modification Des Propriétés Des Matériaux

• Présentation• L’essai de dureté Brinell

2) Durcissement par transformation martensitique :

• Présentation• L’essai Jominy• L’effet du revenu

3) Le durcissement par précipitation :

Modification Des Propriétés DesMatériaux.

Modification recherchée : Bonification du matériau

amélioration des propriétés mécaniques

Propriétés intrinsèques des matériaux :

- difficilement modifiable- dépendent du type de liaison et de l’architecture atomique(quasiment insensibles aux défauts)- varient de façon continue en fonction de la compositiondu mélange

Propriétés extrinsèques des matériaux :

- dépendent des défauts inclus dans le matériau et de la microstructure- varient considérablement en fonction de la composition et des traitements qu’on lui applique (thermiques ou mécaniques)

Mécanismes de modification des propriétés mécaniques :

- Variation de la composition- Modification de la microstructure- Traitements mécaniques- Traitements thermiques

Modification Des Propriétés DesMatériaux.

Les traitements thermiques

- faire subir des transformations de structure grâce à des cyclesprédéterminés de chauffage et de refroidissement afin d'en améliorer les caractéristiques mécaniques :dureté, ductilité, limite d'élasticité, ...

Durcissement par transformation martensitique.

Domaine austénitique, le fer a une structure cubique à faces centrées fer γ, sites interstitiels plus grands qu’en fer α .

Refroidissement rapide :

la matrice de fer est contrainte par les atomes de carbone

Durcissement

Passage de l’austenite àla martensite

Durcissement par transformation martensitique.

Ce durcissement important provoque aussi des effets indésirables comme par exemple une augmentation de la fragilité du matériau

Application d’une trempe afin « d’adoucir » le matériau.

Durcissement par transformation martensitique.• L’essai Jominy :

-Essai normalisé.-Éprouvette cylindrique de 25mmde diamètre et de 100 mm de longueur.-Chauffée à la température d’austénitisation.-Refroidie sur la face terminale parUn jet d’eau.

Le refroidissement provoque la créationd’un gradient de température selonla génératrice de l’éprouvette.

Permet de déterminer la trempabilité d’un acier

Durcissement par transformation martensitique. La méthode de mesure Rockwell (HR)

Le principe de l’essai consiste à mesurer sous une charge de 100N, l’accroissement de la profondeur de l’enfoncement d’un poinçon lorsque après avoir appliqué une charge initiale 100N, une charge F est appliquée puis enlevée

Plus le matériau est dur, moins l’empreinte est profonde.

Durcissement par transformation martensitique.

Courbe Jominy

0

10

20

30

40

50

60

1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30 40 50

x (mm)

HR

C C38

38 CrMo 4

La dureté diminue dans le même sens que le gradient detempérature

Diminution de la dureté et des contraintes thermiques internes Obtenues lors de la trempe pour améliorer la résilience.

Durcissement par transformation martensitique.

• L’effet du revenu :

L’essai de dureté VICKERS:

Bille en diamant à baseCarrée

Maintien de l’effortPendant 10 à 15s

Mesure de la diagonalede l’empreinte

L’essai de résilience :

Durcissement par transformation martensitique.

Mesure l’énergie deRupture du matériau

Matériaux fragiles :Résilience faible

Matériaux ductiles :Résilience élevée

Durcissement par transformation martensitique.

Influence du recuit

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 350 550 650

température de recuit

Rp0,2, Rm (MPa)

0

20

40

60

80

100

120

Résilience (J/cm²) et %

Dureté HV30

Rp0,2

Rm

A

Z

Resilience

Observations :• Diminution de la résilience et de

l’allongement On augmente la résistance et la dureté, mais :

• Diminution de la résilience et de l’allongement

Durcissement par transformation martensitique.

Commentaires effet de revenu :

Durcissement par précipitation.

But :

- Augmenter les obstacles au mouvement des dislocations- Augmenter la limite élastique

- Éliminer les trop gros précipités- Former des précipités pas trop petits

Principe :

- Former des précipités, cohérents avec la matrice, quidéforment localement le réseau submicronique

Pour :

Durcissement par précipitation.Comment réaliser un durcissement par précipitation ?

1

1 État initial

2

2 État mis ne solution Monophasé (stable)

3

3 État trempé Monophasé (instable)

4

4

État Revenu biphasé, fins précipités

Alliage biphaséPrécipités« gros » 

Explication rapide du montage expérimental• Utilisation d’une seule éprouvette chauffée à des températures

différentes• Un essai Brinell est réalisé à plusieurs endroits de l’éprouvette

on peut connaître la dureté en fonction de la température

Durcissement par précipitation.

Bille en acier ou enCarbure de tungstene.

Maintien de l’effortPendant 10 à 15s

Mesure de diamètre

L’essai de dureté Brinell :

Durcissement par precipitation de l'alliage d'aluminium 7075

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

26 51 71 95 111 140 165 178 198 224

T(°C)

HB Aluminium 7075

La dureté varie selon la température de revenu, il y a un pic de revenu qui correspond à la taille optimum des précipités

Durcissement par précipitation.

Interprétation

Différences avec le traitement thermique sur l’acier :

• Températures différentes lors de la mise en solution et le revenu

• Le revenu n’a pas le même rôle

Création de précipités de MgZn2 dans la structure

Durcissement par précipitation.