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4.2.1 Bonification GCI 116 - Matériaux de lingénieur Modification des propriétés des matériaux Plan 4.2 Modifications des propriétés des matériaux 4.2.1.

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1 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur Modification des propriétés des matériaux Plan 4.2 Modifications des propriétés des matériaux Modifications recherchées : bonification Des Matériaux Section 6.1 Sauf p et 258

2 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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 Propriétés des matériaux

3 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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 Propriétés des matériaux

4 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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 R e, R m et de la dureté diminution possible de la ductilité

5 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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 1- Variation de la composition (Durcissement par solution solide)

6 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur Exemples Augmentation de 3% de Mg triple Rm

7 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur Leffort supplémentaire exigé pour mettre en mouvement les dislocations se traduit par un pic sur la courbe contrainte/déformation de lacier Vidéo 6.7

8 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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) 2- Modification de la microstructure (Durcissement par affinement de la taille des grains) Les joints de grain sont des obstacles aux mouvements des dislocations

9 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple - variation de R e 0,2 en fonction de la taille des grains pour différents métaux et alliages 2- Modification de la microstructure (suite) Vidéo 6.5

10 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur 3- Traitements mécaniques (Durcissement par écrouissage) Figure 6.1 du livre

11 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur 3- Traitements mécaniques (Durcissement par écrouissage) * Rappels Essai de traction Augmentation de R e dû au déplacement du pic et de R m dû à une diminution de la section l0l0 A0A0 l A

12 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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 R e et R m (mais diminution de A%) 3- Traitements mécaniques (suite)

13 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Techniques décrouissage - Traction - Tréfilage - Laminage - Forgeage 3- Traitements mécaniques (suite) Vidéo 6.3

14 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur 4- Traitements thermiques différence dans le degré de transformation différence de microstructure différentes propriétés 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)

15 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple dun alliage Al - 4,5% Cu - refroidissement lent (rappel de 4.1.2) 4- Traitements thermiques (a) le durcissement structural CuAl 2

16 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur CuAl * Exemple dun alliage Al - 4,5% Cu - traitements thermiques 4- Traitements thermiques (a) le durcissement structural (suite) 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

17 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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) 4- Traitements thermiques (a) le durcissement structural (suite)

18 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple dun alliage Al - 4,5% Cu - variation des propriétés mécaniques en fonction du temps de vieillissement 4- Traitements thermiques (a) le durcissement structural (suite) propriétés médiocres variation de la microstructure propriétés optimales

19 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Alliages daluminium courbes de revenu 4- Traitements thermiques (a) le durcissement structural (suite)

20 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple des aciers (Fe-C) diagramme Fer-Carbone 4- Traitements thermiques (b) la transformation martensitique La transformation de phases au refroidissement est allotropique, cest-à-dire quelle seffectue avec un changement de structure cristalline :

21 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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 4- Traitements thermiques (b) la transformation martensitique (suite) courbes TTT Temps Température Transformation Pour cet exemple, - 0,8% C - austénitisation 30 min à 850°C

22 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple des aciers (Fe-C) - courbes TTT : exemples 4- Traitements thermiques (b) la transformation martensitique (suite) exemple 1 exemple 2 transformation martensitique { microstructure fine

23 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple des aciers (Fe-C) transformation martensitique 4- Traitements thermiques (b) la transformation martensitique (suite) * trempe dun acier à une température inférieure à M s * 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

24 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple des aciers (Fe-C) - transformation martensitique (suite) 4- Traitements thermiques (b) la transformation martensitique (suite) 0,8% C Martensite 0,8% C c.c. 0,02% C Fe 3 C 6,7% C Perlite c.c. Austénite 750 C c.f.c. } équilibre trempe

25 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple des aciers (Fe-C) - structure de la martensite 4- Traitements thermiques (b) la transformation martensitique (suite) les atomes de carbone bloquent les dislocations dureté de la martensite représentation schématique de la transformation martensitique

26 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * Exemple des aciers (Fe-C) - revenu de la martensite (pour améliorer la ténacité) 4- Traitements thermiques (b) la transformation martensitique (suite) adoucissement de la martensite par le revenu

27 4.2.1 Bonification GCI Matériaux de lingénieur * 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 pourla changer de forme * le recuit permet de redistribuer et déliminer certains défauts, ce qui la rendra plus facile à mettre en forme 4- Traitements thermiques Note finale


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