Science des Matériaux - Généralités

Science des Matriaux - Gnralits

Science des Matriaux

Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Introduction Les Solutions Solides Les Composs Dfinis Les Diagrammes de Phases Gnralits Cas de la Transformation Eutectique Cas des Transformations Eutectodes Les Phnomnes de Sgrgation Solidification l'chelle du Lingot ou de la Pice Moule Transformations de Phases

GnralitsLes diagrammes de phases sont des reprsentations, dans le plan isobare (T, X) (temprature - composition), de la constitution physico-chimique d'un alliage dans son tat thermodynamique d'quilibre. Il fournit en fonction de la temprature la nature, la composition chimique et les fractions massiques des phases en prsence pour un alliage de concentration dtermine. Les diagrammes de phases dcrivent les quilibres liquide solide et solide solide qui rgissent la solidification des alliages. titre d'exemple, la figure ci-dessous donne l'allure d'un diagramme de phases : il s'agit d'un diagramme fictif d'alliage binaire AB mettant en vidence des domaines monophass, biphass et triphass en accord avec la rgle de Gibbs (v = 3 - ). Dans le cas envisag, l'lment A prsente deux formes cristallines notes et , de mme pour l'lment B : et . Le diagramme de phases prsente six phases diffrentes : la phase liquide (prsente au dessus du liquidus, qui dfinit la limite au-dessus de laquelle il n'y a que du liquide) solution solide primaire de B dans ' solution solide primaire de B dans solution solide primaire de A dans ' solution solide primaire de A dans solution solide intermdiaire A m Bn compos dfini Remarquons que le solidus dfinit la limite en de de laquelle il n'y a plus de

Philippe Lours - EMAC

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Science des Matriaux - Crdits


Crdits

CrditsScience des MatriauxArchitecture et Cohsion des solidesPhilippe Lours - EMAC

Rayons X et CristauxPhilippe Lours - EMAC

Les Dfauts Dans Les SolidesPhilippe Lours - EMAC

Les Dfauts Linaires HistoriqueTraces de glissement : micrographie lectronique en transmission montrant des traces de glissement la surface d'un polycristal Aluminium - Silicium - Magnsium (6056).vido de Franois Delmas, CEMES (Toulouse)

Les Dfauts Bidimensionnels Les Joints de GrainsMicrographies optiques d'un acier inoxydable montrant les grains et les joints de grains constitutifs de l'alliage ( gauche) et Joints de grains ( droite) vus en MET (interface Aluminium/Aluminium en haut ; interface Aluminium/Germanium en bas).photographies de Serge Tovar et de Philippe Lours, CROMEP - ENSTIMAC

Aubes de turbine monocristalline et polycristalline (solidifiction dirige, quiaxe)photographie de Farhad Reza-Aria CROMEP -

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Science des Matriaux - Architecture et Cohsion des solides


Architecture et Cohsion des solides Rappel Sur la Structure de l'Atome Les Liaisons Chimiques Notions d'Ordre et de Dsordre Cristallographie Gomtrique Structure des Solides Proprits Lies la Structure Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Transformations de Phases

Architecture et Cohsion des solides

Rappel Sur la Structure de l'Atome Les Liaisons Chimiques Notions d'Ordre et de Dsordre Cristallographie Gomtrique Structure des Solides Proprits Lies la Structure


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Science des Matriaux - Rayons X et Cristaux


Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Introduction Gnralits sur les Rayons X Production des Rayons X Absorption des Rayons X Interactions Rayons X / Matire Dtection des Rayons X Mthodes d'Investigation Utilisant les Rayons X La Radiocristallographie Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Transformations de Phases

Rayons X et Cristaux

Introduction Gnralits sur les Rayons X Production des Rayons X Absorption des Rayons X Interactions Rayons X / Matire Dtection des Rayons X Mthodes d'Investigation Utilisant les Rayons X La Radiocristallographie



Science des Matriaux - Les Dfauts Dans Les Solides


Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Introduction Les Dfauts Ponctuels Les Dfauts Linaires Les Dfauts Bidimensionnels Les Dfauts Tridimensionnels Alliages et Diagrammes de Phases Transformations de Phases

Les Dfauts Dans Les Solides

Introduction Les Dfauts Ponctuels Les Dfauts Linaires Les Dfauts Bidimensionnels Les Dfauts Tridimensionnels



Science des Matriaux - Alliages et Diagrammes de Phases


Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Introduction Les Solutions Solides Les Composs Dfinis Les Diagrammes de Phases Transformations de Phases

Alliages et Diagrammes de Phases

Introduction Les Solutions Solides Les Composs Dfinis Les Diagrammes de Phases



Science des Matriaux - Introduction


Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Introduction Les Solutions Solides Les Composs Dfinis Les Diagrammes de Phases Transformations de Phases

Introduction part quelques cas particuliers, les mtaux sont rarement utiliss industriellement l'tat pur. Gnralement on utilise des alliages qui sont des mlanges de plusieurs mtaux purs en proportions donnes ; ils sont constitus de deux (alliages binaires), trois (alliages ternaires),... n lments. Les alliages sont composs d'une phase (alliages monophass) ou de plusieurs phases (alliages polyphass). Une phase peut tre dfinie comme tant une partie homogne du matriau ayant une composition chimique et une structure propres. l'tat solide, deux types de phases peuvent tre mises en vidence : les solutions solides et les composs dfinis. Les alliages peuvent tre tudis comme des systmes physiques dont la variance est donne par la rgle de Gibbs (ou rgle des phases) : v = n + 1 - , exprime sur la figure suivante. v reprsente la variance du systme et correspond au nombre de variables indpendantes dont il est ncessaire et suffisant de connatre la valeur pour dfinir compltement le systme (gnralement la temprature et la composition chimique des phases en prsence, la pression tant quant elle fixe dans la plupart des procds mtallurgiques), n reprsente le nombre de constituants indpendants et reprsente le nombre de phases. Pour les alliages binaires, pour lesquels n = 2, v = 3 - . Le nombre de phases, selon les tats du systme, peut tre un (monophas), deux (biphas) ou trois (triphas) ; une variance ngative n'ayant aucun sens physique. P l bi h l


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Science des Matriaux - Les Solutions Solides


Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Introduction Les Solutions Solides Introduction Les Solutions Solides Primaires Les Solutions Solides d'Insertion (ou Interstitielles) Les Solutions Solides de Substitution Les Solutions Ordonnes Les Composs Dfinis Les Diagrammes de Phases Transformations de Phases

Les Solutions Solides

Introduction Les Solutions Solides Primaires Les Solutions Solides d'Insertion (ou Interstitielles) Les Solutions Solides de Substitution Les Solutions Ordonnes


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Science des Matriaux - Les Composs Dfinis


Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Introduction Les Solutions Solides Les Composs Dfinis Gnralits Importance et Intrt des Composs Dfinis Les Diagrammes de Phases Transformations de Phases

Les Composs Dfinis

Gnralits Importance et Intrt des Composs Dfinis



Science des Matriaux - Les Diagrammes de Phases



Les Diagrammes de Phases

Gnralits Cas de la Transformation Eutectique Cas des Transformations Eutectodes Les Phnomnes de Sgrgation Solidification l'chelle du Lingot ou de la Pice Moule



Science des Matriaux - Cas de la Transformation Eutectique



Cas de la Transformation EutectiqueUne telle transformation est schmatise sur le diagramme binaire (A-B) de la figure ci-aprs. Ce diagramme prsente trois domaines monophass : le domaine liquide L, le domaine de solution solide primaire de B dans A, le domaine de solution solide primaire de A dans B. la temprature T E , les alliages X (masse % de B) tels que X(S1 ) X X ( S ) 3 sont triphass et composs de (S 1 ), de liquide (E) et de (S3 ). On met en vidence l'quilibre eutectique :



Science des Matriaux - Cas des Transformations Eutectodes



Cas des Transformations EutectodesCes transformations se produisent entirement entre phases solides mais prsentent de trs nombreuses analogies avec les transformations eutectiques. Un exemple trs important est celui de la transformation eutectode perlitique dans le diagramme de phases Fe-C. Cette transformation est dcrite par :



Science des Matriaux - Les Phnomnes de Sgrgation



Les Phnomnes de SgrgationLes conditions de ralisation de l'quilibre thermodynamique exigent des vitesses de refroidissement trs lentes, pour qu' chaque instant, chacune des phases en prsence puisse tre considre comme chimiquement homogne. En pratique ces conditions sont trs rarement ralises. L'homognisation est assure par les phnomnes de diffusion qui seront dcrits au chapitre IV. Gnralement la diffusion est beaucoup plus lente en phase solide qu'en phase liquide et on peut admettre en premire approximation que : la diffusion est nulle en phase solide, l'homognisation est parfaite en phase liquide. Ces hypothses permettent de dcrire qualitativement le phnomne de sgrgation. Si un alliage de composition X est refroidi depuis l'tat liquide (voir Sch.), il apparat des cristaux de phase de composition (XS) c ds la temprature T c de solidification commenante. Si la diffusion tait parfaite les compositions des phases solide et liquide suivraient rigoureusement le solidus M0 M1 et le liquidus P0 P1 . A la temprature T, on aurait des cristaux solides de phase homognes de composition XS et une phase liquide homogne de composition Xl. La solidification serait termine (T f) th , les dernires traces de liquide ayant la composition (Xl) 1 .



Science des Matriaux - Solidification l'chelle du Lingot ou de la Pice Moule



Solidification l'chelle du Lingot ou de la Pice MouleLors de l'laboration d'un alliage, le matriau est port l'tat liquide puis il est coul dans une lingotire ou moul pour obtenir une pice de forme. Dans le cas de la coule statique en lingotire, la structure macroscopique de l'alliage dpend la fois de la vitesse de germination et de la vitesse des changes thermiques (nature et paisseur de la paroi de la lingotire). Si on considre une tranche mi-hauteur de la lingotire on observe gnralement trois zones de cristallisation diffrentes, comme cela est prsent sur l'illustration suivante : zone I (peau) : au dbut de la solidification, le refroidissement est intense au niveau de la paroi, il y a une forte surfusion, les germes de cristallisation sont trs nombreux donc la croissance des grains est trs limite : les cristaux forms sont quiaxes, de faible taille et leur orientation est quelconque. zone II (zone basaltique) : au fur et mesure que la peau se solidifie, la surfusion s'abaisse, le pouvoir de germination diminue donnant lieu des grains de forme allonge colonnaire. zone III (zone centrale de solidification quiaxe) : le lingot se dcolle progressivement de la paroi et les changes thermiques se font plus lentement. La solidification se fait dans un liquide temprature



Science des Matriaux - Transformations de Phases


Architecture et Cohsion des solides Rayons X et Cristaux Les Dfauts Dans Les Solides Alliages et Diagrammes de Phases Transformations de Phases La Diffusion Les Transformations de phases

Transformations de Phases

La Diffusion Les Transformations de phases



Transformations de phases et configuration du diagramme d'quilibre

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Science des Matriaux - Science des Matriaux


Science des MatriauxPhilippe Lours1.6 29 janvier 2010


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Science des Matriaux - Gnrique


Science des MatriauxParticipantcole des Mines d'Albi- CarmauxPhilippe Responsable de l'option MAS Lours Gnie Mcanique et Matriaux

Financements

RalisationGestion de projet Fabien Baillon Intgration numrique Conception graphique

GraphismePhilippe Lours Conception des schmas Conception des schmas Retouches

Fabien Baillon

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Science des Matriaux - Plan du site


Plan du siteScience des Matriaux Architecture et Cohsion des solides Rappel Sur la Structure de l'Atome Les Liaisons Chimiques Notions d'Ordre et de Dsordre Cristallographie Gomtrique Les Rseaux Cristallins Les Systmes d'Indices des Directions et des Plans Cristallographiques Structure des Solides Structure des Solides Liaisons Mtalliques Structure des Solides Liaisons Covalentes Solides Liaisons Ioniques Structure des Polymres Proprits Lies la Structure Rayons X et Cristaux

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