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Modification des propriétés des matériaux
Des Matériaux Section 6.1 Sauf p.240-246 et 258
Plan 4.2 Modifications des propriétés des
matériaux 4.2.1 Modifications recherchées
bonification
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Propriétés des matériaux

• Propriétés intrinsèques
• - difficilement modifiable
• - dépendent du type de liaison et de
  larchitecture atomique (quasiment insensibles
  aux défauts)
• - varient de façon continue en fonction de la
  composition du mélange
• ex. module dYoung (E), température de fusion,
  coefficient de dilatation linéique (?) dépendent
  des forces de liaison interatomiques

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Propriétés des matériaux

• Propriétés extrinsèques
• - dépendent des défauts inclus dans le matériau
  et de la microstructure
• - varient considérablement en fonction de la
  composition et des traitements quon lui applique
  (thermiques ou mécaniques)
• ex. conductivité, limite délasticité,
  résistance à la traction, allongement à la
  rupture, ténacité, dureté, etc

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• Mécanismes de modification des propriétés
  mécaniques
• - Variation de la composition
• - Modification de la microstructure
• - Traitements mécaniques (écrouissage)
• - Traitements thermiques (refroidissement et
  chauffage)

• Conséquences (durcissement)
• - diminuer le mouvement des dislocations dans
  le réseau cristallin
• augmentation de Re, Rm et de la dureté
• diminution possible de la ductilité

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1- Variation de la composition (Durcissement par
solution solide)

• Injection datomes en solution solide
• - insertion ou substitution
• distorsion dans le réseau cristallin
  création dun champ de contraintes
  entrave au mouvement des dislocations
• amélioration des propriétés mécaniques

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Exemples
Augmentation de 3 de Mg triple Rm
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Leffort supplémentaire exigé pour mettre en
mouvement les dislocations se traduit par un pic
sur la courbe contrainte/déformation de lacier
Vidéo 6.7
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2- Modification de la microstructure (Durcissemen
t par affinement de la taille des grains)

• Effet de la taille des grains
• - les métaux ont une limite délasticité dont la
  valeur dépend de la taille des grains
• - la diminution de la taille des grains permet
  daugmenter la limite élastique et la ténacité
  (sans diminuer la ductilité)

Les joints de grain sont des obstacles aux
mouvements des dislocations
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2- Modification de la microstructure (suite)

• Exemple
• - variation de Re 0,2 en fonction de la taille
  des grains pour différents métaux et alliages

Vidéo 6.5
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3- Traitements mécaniques (Durcissement par
écrouissage)
Figure 6.1 du livre
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3- Traitements mécaniques (Durcissement par
écrouissage)

• Rappels Essai de traction

Augmentation de Re dû au déplacement du pic et
de Rm dû à une diminution de la section
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3- Traitements mécaniques (suite)

• Explication simplifiée du phénomène
• - la déformation plastique est associé au
  mouvement des dislocations - plus la
  déformation augmente
• plus la densité de dislocations augmente
• plus les dislocations rencontrent des
  obstacles
• - mouvement des dislocations de plus en plus
  difficile
• - il est donc nécessaire daugmenter la
  contrainte pour que la déformation se
  poursuive augmentation de
  Re et Rm (mais diminution de A)

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3- Traitements mécaniques (suite)

• Techniques décrouissage
• Traction
• Tréfilage
• Laminage
• Forgeage

Vidéo 6.3
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4- Traitements thermiques
Modification des propriétés par des traitements
thermiques (série de chauffages et de
refroidissements contrôlés)
sans changement allotropique de la matrice
avec changement allotropique de la matrice
(a) le durcissement structural (aluminium)
(b) la transformation martensitique (aciers)
différence dans le degré de transformation
différence de microstructure
différentes propriétés
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4- Traitements thermiques (a) le durcissement
structural

• Exemple dun alliage Al - 4,5 Cu -
  refroidissement lent (rappel de 4.1.2)

CuAl2
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4- Traitements thermiques (a) le durcissement
structural (suite)

• Exemple dun alliage Al - 4,5 Cu -
  traitements thermiques

1 - Mise en solution solution solide Al-Cu
équilibre 2 - Trempe solution solide sursaturée
Al-Cu hors équilibre 3 - Vieillissement retour
partiel vers léquilibre précipitation
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4- Traitements thermiques (a) le durcissement
structural (suite)

• Remarques
• - Lessai de dureté (résistance à la pénétration
  dun matériau) permet de caractériser des fines
  variations de microstructure (Des Matériaux,
  tabl. 1.1) - La dureté donne une mesure indirecte
  de la résistance à la traction (Des Matériaux,
  fig. 1.15)

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4- Traitements thermiques (a) le durcissement
structural (suite)

• Exemple dun alliage Al - 4,5 Cu
• - variation des propriétés mécaniques en
  fonction du temps de vieillissement

propriétés optimales
propriétés médiocres
variation de la microstructure
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4- Traitements thermiques (a) le durcissement
structural (suite)

• Alliages daluminium courbes de revenu

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4- Traitements thermiques (b) la transformation
martensitique

• Exemple des aciers (Fe-C) diagramme Fer-Carbone

La transformation de phases au refroidissement
est allotropique, cest-à-dire quelle seffectue
avec un changement de structure cristalline
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4- Traitements thermiques (b) la transformation
martensitique (suite)

• Exemple des aciers (Fe-C)
• traitements thermiques mise en solution
• Trempe
• - courbes TTT (temps, température,
  transformation) permet de prévoir, en fonction
  de la température de trempe 1) la
  microstructure, 2) les propriétés mécaniques, 3)
  le temps de transformation

courbes TTT
Temps Température Transformation
Pour cet exemple, - 0,8 C - austénitisation 30
min à 850C
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4- Traitements thermiques (b) la transformation
martensitique (suite)

• Exemple des aciers (Fe-C) - courbes TTT
  exemples

exemple 1
microstructure fine
exemple 2

transformation martensitique
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4- Traitements thermiques (b) la transformation
martensitique (suite)

• Exemple des aciers (Fe-C) transformation
  martensitique

• trempe dun acier à une température inférieure à
  Ms
• lausténite ne se transforme plus en ferrite et
  en cémentite mais plutôt en martensite
• - structure différente mais composition
  identique
• obtention dune structure quadratique centrée
  (cristal de ferrite déformé)
• - pas de diffusion (déplacements faibles des
  atomes)
• la transformation nest fonction que de la
  température
• - elle ne se poursuit quen abaissant la
  température
• la phase martensitique est dure et fragile

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4- Traitements thermiques (b) la transformation
martensitique (suite)

• Exemple des aciers (Fe-C)
• - transformation martensitique (suite)

Austénite 750 C c.f.c.
g 0,8 C

équilibre
trempe
a 0,02 C
Perlite c.c.
Fe3C 6,7 C
Martensite 0,8 C c.c.
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4- Traitements thermiques (b) la transformation
martensitique (suite)

• Exemple des aciers (Fe-C) - structure de la
  martensite

représentation schématique de la transformation
martensitique
les atomes de carbone bloquent les
dislocations dureté de la martensite
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4- Traitements thermiques (b) la transformation
martensitique (suite)

• Exemple des aciers (Fe-C)
• - revenu de la martensite (pour améliorer la
  ténacité)

adoucissement de la martensite par le revenu
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4- Traitements thermiques Note finale

• Les recuits
• - chauffage qui permet de restaurer les
  propriétés de base de lalliage
• - permet déliminer ou datténuer les
  conséquences indésirables dun écrouissage
  préalable
• Exemple une tôle
• écrouissage (travail à froid) pour la
  fabriquer
• trop dure et trop fragile pour la changer de
  forme
• le recuit permet de redistribuer et
  déliminer certains défauts, ce qui la
  rendra plus facile à mettre en forme