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RÉSUMÉ
Les diagrammes de phases ternaires, se représentant dans un espace à trois dimensions, sont les plus complexes qui puissent encore être représentés dans l'espace. Cette représentation tridimensionnelle permet de comprendre qualitativement des évolutions d’alliages, par exemple les chemins de solidification. Toutefois on fait souvent appel à des représentations planes, en bloquant des variables, plus faciles à interpréter.
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Jean HERTZ : Professeur émérite à l’Université Henri-Poincaré - Nancy I
INTRODUCTION
Dans l’article Diagrammes d’équilibre- Alliages binaires, consacré aux diagrammes de phases binaires, on a donné la définition des diagrammes de phases et montré que l’existence même de ces diagrammes était conforme aux prévisions de la thermodynamique chimique selon les théories de Gibbs. Le lecteur de cet article est invité à se reporter préalablement à l’article Diagrammes d’équilibre- Alliages binaires Alliages binaires avant d’aborder ce texte qui en constitue une suite logique.
Dans le cas des alliages binaires, il suffisait d’une seule variable de composition pour définir la composition chimique de l’alliage, avec cette variable en abscisse et la variable température en ordonnée, on pouvait obtenir une représentation graphique plane de l’équilibre de l’alliage. Dans les systèmes multiconstitués, le nombre de variables de compositions est supérieur à un. Les diagrammes de phases ternaires occupent ainsi un espace à trois dimensions ; à partir des systèmes quaternaires et au-delà, les diagrammes occupent des hyperespaces à plus de trois dimensions. Les systèmes ternaires sont donc les plus complexes qui puissent encore être représentés en leur totalité dans l’espace. Cette représentation tridimensionnelle présente un intérêt didactique pour comprendre qualitativement des évolutions d’alliages, par exemple les chemins de solidification, mais elle trouve très vite ses limites car elle n’est jamais quantitative et, par ailleurs, certains lecteurs éprouvent des difficultés à « lire dans l’espace ». Dans la première moitié du XX e siècle, on a fait un usage assez important de ces représentations spatiales et certains spécialistes étaient passés maîtres dans ce graphisme devenu quelque peu ésotérique. Aujourd’hui, la tendance est plutôt d’abandonner les perspectives cavalières et de bloquer un nombre suffisant de variables (ou d’imposer des conditions particulières), pour se ramener dans tous les cas à des représentations planes. On renonce donc à la vision globale du système, qui en toute hypothèse serait impossible au-delà de trois éléments. La possibilité de modéliser des équilibres multiconstitués à l’aide de logiciels thermodynamiques appropriés permet de travailler dans les hyperespaces contenant un nombre quelconque de variables et d’en extraire certaines représentations planes.
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Présentation générale
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9. Coupes quasi binaires des diagrammes ternaires
9.1 Plan quasi binaire
Certaines coupes isoplèthes des systèmes ternaires contiennent les conodes d’équilibre entre les phases de ce plan. Elles jouissent donc des propriétés des systèmes binaires, même si certaines des phases en équilibre sont ternaires. On appelle ces isoplèthes des coupes quasi binaires ou pseudo-binaires. Souvent, elles joignent un sommet du triangle de composition à un composé binaire très stable (à fusion congruente) situé sur le côté opposé. Elles peuvent aussi joindre deux composés binaires ou ternaires à fusion congruente. Dans le système (Al, Mg, Si) [M 76,1]-13 à [M 76,1]-14. Le composé Mg2Si joue le rôle d’un véritable corps pur et la coupe isoplèthe joignant Al à Mg2Si sépare le diagramme ternaire en deux sous-diagrammes ternaires adjacents (Al, Mg, Mg2Si) et (Al, Si, Mg2Si). Le système pseudo-binaire (Al, Mg2Si) présente un palier eutectique à 595 oC ; ce système appartient à la famille des alliages d’aluminium à durcissement structural, comme le duralumin (Al, Cu). Généralement, les alliages appelés « duralumin », durcissant par vieillissement après la trempe d’homogénéisation, contiennent simultanément les trois éléments durcissants Cu, Mg et Si. On notera que si le composé Mg2Si est binaire, la solution solide primaire α-CFC et le liquide sont des phases ternaires. La figure 59 représente la coupe isotherme à 617 oC de ce ternaire, calculée à l’aide de la banque Thermo-Calc SSOL. Elle montre comment les conodes (liquide-Mg2Si) et (liquide-Al) se rapprochent progressivement du plan quasi binaire de part et d’autre de ce plan d’accolement des deux sous-ternaires.
HAUT DE PAGE9.2 Triangulation des systèmes ternaires
La division en plusieurs sous-diagrammes ternaires adjacents, telle que l’on vient de la décrire, se généralise à des systèmes beaucoup plus complexes présentant plusieurs composés très stables. Cette opération de division du diagramme global en plusieurs sous-ternaires adjacents s’appelle la triangulation : elle est illustrée par plusieurs exemples (figure 6). Toutefois, il faut mettre...
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Coupes quasi binaires des diagrammes ternaires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PRINCE (A.) - Alloy Phase equilibria. - Elsevier Publishing Company. Library of congress Catalog number 65-13898. Une discussion richement illustrée des diagrammes de phases métalliques binaires, ternaires et quaternaires, 289 pages (1966).
-
(2) - ZERNIKE (J.) - Chemical Phase Theory. - Éditeurs : N.V. UITGEVERS-MAATSCHAPPIJ Æ. E. KLUWER – (Deventer-Antwerp-Djakarta). Un traité des diagrammes de phases multiconstitués en déduction de la règle des phases, 493 pages (1955).
-
(3) - * - ASM Metals Handbook Vol 8Metallography, Structure and Phase Diagrams (1974).
-
(4) - VILLARS (P.), PRINCE (A.), OKAMOTO (H.) - Handbook of Ternary Alloy Phase Diagrams. - 10 volumes parus dans la décennie 90. ASM International : ISBN 0-87170-525-7. Compilation de 7 380 systèmes ternaires, 3 317 diagrammes et données cristallographiques pour 7 050 systèmes. Présentation des diagrammes dans une forme normalisée. Également disponible en CD-ROM pour PC ou Macintosh.
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(5) - EFFENBERG (G.) Éditeur en Chef - Red Book. - ...
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