Les diagrammes fer-carbone

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1 Les diagrammes fer-carbone
Application Les diagrammes fer-carbone

2 Le fer pur États allotropiques : - α(cc) - γ(cfc) - δ (cc) - ε(hc)
Solubilité limitée du carbone, avec rejet : - de graphite - de cémentite

3 Les diagrammes fer - carbone
(Austénite + Graphite) (Ferrite + Graphite) métastable métastable, stable, stable puis métastable

4 Les 3 types de fontes 1. Fontes blanches fer-cémentite
2. Fontes malléables fer-graphite 3. Fontes grises solidification fer-graphite transformations allotropiques fer-cémentite

5 Les aciers Aciers ferritiques Acier eutectoïde Aciers hypoeutectoïdes
Aciers hypereutectoïdes

6 Les aciers Acier eutectoïde Perlite lamellaire Aciers hypoeutectoïdes
Ferrite+Perlite ferrite cellulaire ferrite aciculaire

7 La transformation CFCCC

8 Les aciers Aciers ferritiques Acier eutectoïde
Ferrite (avec ou sans précipitation de cémentite) Perlite lamellaire Aciers hypoeutectoïdes Aciers hypereutectoïdes Ferrite+Perlite ferrite cellulaire ferrite aciculaire Cémentite+Perlite cémentite aciculaire

9 Les aciers Acier eutectoïde Aciers ferritiques Aciers hypereutectoïdes
Aciers hypoeutectoïdes

10 Les aciers hypoeutectoides
Ferrite cellulaire Ferrite aciculaire Structure de Widmanstätten

11 Les aciers - propriétés
Re Rr Ar Dureté Mpa Mpa % Brinell Ferrite pure Ferrite impure Cémentite Perlite grossière Perlite moyenne Perlite fine

12 Les aciers alliés Re Rr Ar Mpa Mpa %
Limite des aciers alliés Amélioration d’autres propriétés mécaniques : résilience, résistance au fluage, résistance à l’usure, ... Amélioration de la résistance à la corrosion Amélioration de propriétés physiques : dilatabilité, perméabilité magnétique, ...

13 Les aciers alliés Modifications microstructurales
Eléments en solution Combinaisons intermétalliques - Carbures mixtes ou autres carbures - Nitrures - Phases sigmas à éviter Modification du réseau de base - Eléments gammagènes - Eléments alphagènes

14 Les 3 types de fontes 1. Fontes blanches fer-cémentite
2. Fontes malléables fer-graphite 3. Fontes grises solidification fer-graphite transformations allotropiques fer-cémentite

15 Les Fontes Blanches Lédéburite Hypoeutectique Hypereutectique

16 Les Fontes Blanches Refroidissement rapide
Pas d’éléments graphitisants Stabilisateurs de cémentite Grande dureté Lédéburite Hypoeutectique Hypereutectique

17 Le diagramme fer-cémentite Les aciers et les fontes blanches
Lédéburite Perlite

18 Le diagramme fer - graphite Les fontes malléables
Pas de production directe Mise à l ’équilibre de fontes blanches Lédéburite Perlite

19 Les Fontes Malléables Procédé américain
Décomposition céméntite à 950° C Fe3C  3 Feγ + Cgraphite Refroidissement très lent 10°C/h puis 1°C/h Résultats : ferrite + graphite défauts : présence de cémentite et/ou de perlite Rr Ar Dureté Mpa % Brinell Ferrite impure Fonte malléable (américaine)

20 Les Fontes Malléables Procédé européen
Décomposition céméntite à 950° C en atmosphère oxydante Fe3C  3 Feγ + Cgraphite Cgraphite+ 0,5 O2  CO (en surface) C + 0,5 O2  CO (en surface) Refroidissement plus rapide Produit hétérogène - surface : ferrite (µstructure à cœur blanc) cœur : ferrite + graphite (+cémentite+perlite)

21 Les Fontes Malléables - Propriétés
Rr Ar Dureté Résilience Mpa % Brinell J/cm² Ferrite impure Fonte malléable (américaine) Fonte malléable surface (européenne) coeur

22 Les 3 types de fontes 1. Fontes blanches fer-cémentite
2. Fontes malléables fer-graphite 3. Fontes grises solidification fer-graphite transformations allotropiques fer-cémentite

23 Les fontes grises. Solidification dans le diagramme stable
Température de coulée élevée. Refroidissement lent. Eléments graphitisants (C élevé, Si). Pas de stabilisateurs de cémentite. Lédéburite

24 Les fontes grises. Passage d’un diagramme à l’autre
Graphite + Perlite Fonte grise perlitique

25 Les 2 diagrammes fer - carbone Les fontes grises
Graphite + Perlite Fonte grise perlitique Graphite + Perlite + Cémentite proeutectoïde

26 Les 2 diagrammes fer - carbone Les fontes grises
Graphite + Perlite Fonte grise perlitique Graphite + Perlite + Cémentite proeutectoïde Graphite + Perlite + Ferrite proeutectoïde

27 Les fontes grises perlitiques - Propriétés
Rr Ar Dureté Résilience Mpa % Brinell J/cm² Perlite moyenne Fonte grise perlitique médiocre (lamellaire) Fonte grise perlitique bonne (nodulaire)

28 L’aluminium et ses alliages
Application L’aluminium et ses alliages

29 L’aluminium Cubique faces centrées Point de fusion 660°C
Masse volumique 2700 kg/m³ Bon conducteur de la chaleur et de l ’électricité. Très réfléchissant. Métal très réactionnel. Bonne passivation par Al2O3.

30 L’aluminium - propriétés
Re Rr Ar Mpa Mpa % Ferrite pure Ferrite impure Aluminium pur (99,99%) Aluminium impur (99%) Aluminium impur à 150° C

31 Renforcement des propriétés de l ’aluminium.
Durcissement de précipitation (duralumins). 2xxx : + cuivre 7xxx : + zinc Durcissement par affinage des grains (eutectiques Al-Si). 5xxx : + silicium

32 Alliages d’aluminium - propriétés
Re Rr Ar Mpa Mpa % Aluminium pur (99,99%) Aluminium impur (99%) Duralumins Ferrite impure Perlite moyenne Limite aciers alliés