Propriétés des matériaux : Les Traitements Thermiques SIMON Denis TRUPTIL Sébastien IFI 2007

SOMMAIRE : 1) Modification Des Propriétés Des Matériaux 2) Durcissement par transformation martensitique : Présentation L’essai Jominy L’effet du revenu 3) Le durcissement par précipitation : Présentation L’essai de dureté Brinell

Modification Des Propriétés Des Matériaux. 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 composition du 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)

Modification Des Propriétés Des Matériaux. Mécanismes de modification des propriétés mécaniques : - Variation de la composition - Modification de la microstructure - Traitements mécaniques - Traitements thermiques Les traitements thermiques - faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés 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 à la 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 : Permet de déterminer la trempabilité d’un acier Essai normalisé. Éprouvette cylindrique de 25mm de diamètre et de 100 mm de longueur. Chauffée à la température d’austénitisation. Refroidie sur la face terminale par Un jet d’eau. Le refroidissement provoque la création d’un gradient de température selon la génératrice de l’éprouvette.

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. La dureté diminue dans le même sens que le gradient de température

Durcissement par transformation martensitique. L’effet du revenu : Diminution de la dureté et des contraintes thermiques internes Obtenues lors de la trempe pour améliorer la résilience. L’essai de dureté VICKERS: Bille en diamant à base Carrée Maintien de l’effort Pendant 10 à 15s Mesure de la diagonale de l’empreinte

Durcissement par transformation martensitique. L’essai de résilience : Mesure l’énergie de Rupture du matériau Matériaux fragiles : Résilience faible Matériaux ductiles : Résilience élevée

Durcissement par transformation martensitique.

Durcissement par transformation martensitique. Commentaires effet de revenu : Observations : Diminution de la résilience et de l’allongement On augmente la résistance et la dureté, mais :

Durcissement par précipitation. But : - Éliminer les trop gros précipités - Former des précipités pas trop petits Principe : Former des précipités, cohérents avec la matrice, qui déforment localement le réseau submicronique Pour : - Augmenter les obstacles au mouvement des dislocations - Augmenter la limite élastique

Durcissement par précipitation. Comment réaliser un durcissement par précipitation ? 2 3 4 1 1 État initial 3 État trempé Monophasé (instable) Alliage biphasé Précipités« gros »  4 État Revenu biphasé, fins précipités 2 État mis ne solution Monophasé (stable)

Durcissement par précipitation. L’essai de dureté Brinell : Bille en acier ou en Carbure de tungstene. Maintien de l’effort Pendant 10 à 15s Mesure de diamètre 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. 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