Science et génie des matériaux IV – transformations allotropiques

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Science et génie des matériaux IV – transformations allotropiques. David Horwat EEIGM – 3° étage [email protected] - PowerPoint PPT Presentation

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  • Science et gnie des matriauxIV transformations allotropiquesDavid HorwatEEIGM 3 [email protected]

  • Dfinition: L'allotropie (du grec allos : autre et tropos matire) est, en chimie, la facult de certains corps simples d'exister sous plusieurs formes cristallines ou molculaires diffrentes. Les transformation allotropiques sont induites par les conditions extrieures (temprature et pression).Carbone graphiteCarbone diamant

  • Origine des transformations allotropiquesA pression constante un matriau cherche prendre la forme structurale qui permet de minimiser son enthalpie libre G = H - TS.

    H, lenthalpie est lnergie stocke dans les liaisons chimiques. Elle est fonction de la temprature et de la pression imposes (voir partie 3).

    S est lentropie. Elle est lie au dsordre, nous dtaillerons sa signification et son influence dans la partie VI.

    Pour un corps donn toutes les structures sont a priori envisageables. La structure dquilibre est celle qui prsente la plus faible enthalpie libre.

    Lenthalpie libre G de chacune des structures possibles volue avec la temprature

  • Origine des transformations allotropiquesGGTempratureEnthalpie libre GTcPhase aPhase bTc est la temprature critique laquelle se produit thoriquement la transformation allotropique a bTransformation allotropique induite thermiquement pression constanteGa -> bT

  • Notions de thermodynamique et de cintiqueLa phase dquilibre la temprature T est la phase b. La transformation allotropique a->b est possible.

    Une nergie dactivation G* rsiste la transformation. La transformation se

    produit la vitesse Le matriau est chauff depuis les basses tempratures jusqu la temprature T

  • Le mme type dapproche peut tre applique pour les transformations allotropiques temprature constante et pression variable.

  • Transformations allotropiques des mtaux purs

  • Influence de la tempratureTransformations sans changement de volume1340C

  • Transformations avec changement de volumeInfluence de la tempratureRedevient CC

  • Transformations avec changement de volumeInfluence de la tempratureV = 26 %Structure cubique diamantStructure quadratique centre

  • Influence de la tempratureCertains mtaux prsentent plus de deux formes allotropiques par exemple:

  • Influence de la pressionGGPressionEnergie libre G140 kbarPhase aPhase

  • Intrt des transformations allotropiquesLorsque plusieurs formes allotropiques existent, il est possible de contrler la structure dquilibre par des traitements thermomcaniquesLes consquences pour les proprits du matriau sont nombreuses :

    Affinement des grains

    Durcissement structural (voir partie 5)

    etc