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Auteur(s)
-
Marc GRUMBACH : Ingénieur Civil des Mines - Ingénieur à l’Institut de Recherches de la Sidérurgie Française (IRSID)
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Le vieillissement est une évolution dans le temps des propriétés des matériaux à des températures proches de la température ambiante.
Or, les métaux et les aciers en particulier sont formés de grains dont la structure cristalline est très stable et n’est modifiable que par des transformations de phase à haute température ou par des précipitations de composés en général au-dessus de 500 oC. De ce fait, les propriétés des aciers n’évoluent normalement pas en fonction du temps.
Il existe néanmoins un phénomène d’évolution de propriétés à basse température en relation avec la diffusion d’atomes interstitiels mobiles de carbone et d’azote sous certaines conditions : c’est ce phénomène que l’on désigne par vieillissement des aciers.
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Essais de vieillissement
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3. Mécanismes de vieillissement
Sur le plan qualitatif, le phénomène de vieillissement s’interprète de façon simple par la diffusion des interstitiels : azote ou carbone.
Pour établir des lois quantitatives, on doit combiner plusieurs approches :
-
l’approche thermodynamique : lois de solubilité et de diffusion ; ces lois déterminent la quantité d’interstitiels actifs, la vitesse de vieillissement et l’équivalence temps-température ;
-
l’approche mécanique faisant intervenir le blocage ou le freinage des dislocations par les interstitiels ; cette approche doit permettre d’introduire le taux de déformation et d’expliquer l’intensité du vieillissement mesuré ;
-
l’approche phénoménologique pour interpréter les indicateurs qui sont les conséquences du vieillissement ; c’est le cas en particulier pour le retour du palier après skin pass ou la fragilisation.
Dans le cas du vieillissement après trempe, on distingue trois étapes :
-
rassemblement des atomes au voisinage des dislocations préexistantes ou résultant des contraintes de trempe ;
-
formation de précipités ;
-
puis grossissement de ces précipités.
Cette description montre déjà certaines difficultés résultant du nombre de paramètres : quantité d’interstitiels disponibles, nombre de dislocations, température et temps de vieillissement, apparition du survieillissement.
La nature des interstitiels joue également un rôle important, azote et (ou) carbone, ce qui complique l’interprétation car les deux sortes d’atomes ont des solubilités différentes et des vitesses de diffusion différentes.
On constate par exemple que le survieillissement (figure 8) après trempe de l’azote est moins net que celui du carbone en raison de sa solubilité plus grande et de la faible stabilité des nitrures de fer formés à basse température. On peut, pour simplifier, négliger en pratique ce type de survieillissement pour l’azote, au moins dans les aciers industriels. La conséquence est qu’il n’y a pas de traitement thermique de précipitation qui permette de réduire l’effet de l’azote sur le vieillissement en l’absence d’éléments nitrurigènes autres que le fer. On sait, par contre, que des éléments en solution solide...
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Mécanismes de vieillissement
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HALL - Yield point phenomena in metal and alloys. - Macmillan (1970).
-
(2) - JAOUL (B.) - * - Plasticité des métaux. Dunod.
-
(3) - GRUMBACH (M.), SANZ (G.) - Vieillissement après écrouissage. - CIT du CDS, p. 1 285, 27 mai 1970.
-
(4) - DE FOUQUET (J.) et coll - Étude du vieillissement après trempe et après écrouissage d’aciers à bas carbone entre 20 et 100 oC. - Mém. Scient. Rev. Mét. 61, p. 525 (1964).
-
(5) - GUILLOT (J.), MICARD, CAISSO (J.) - Bandes de Lüders et phénomène de Portevin – Le Chatelier. - Mém. Scient. Rev. Mét., LVIII, no 7 (1961).
-
(6) - CRUSSARD (C.) - Contribution à la théorie de la limite élastique du fer et des aciers doux. - ...
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