Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les traitements thermiques permettent d'associer à chaque type de structure métallurgique des caractéristiques favorisant la mise en forme et les propriétés d’emploi final. Cet article expose les données thermodynamiques et cinétiques liées au traitement thermique et les éléments liés au durcissement. Il présente également les problématiques de prévision et de dispersion des résultats. Ces bases métallurgiques sont utiles pour le choix du traitement adapté au besoin.
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Yves DESALOS : Ingénieur civil des Mines, Docteur ès sciences - Expert Métallurgie-Traitements RENAULT SA
INTRODUCTION
Les articles introductifs et ont montré que l’on sait associer à chaque type de structure métallurgique après traitement un ensemble de caractéristiques plus ou moins favorables soit à la mise en forme, soit aux propriétés d’emploi final.
Les exemples de traitements thermiques, tirés notamment des grandes familles d’alliages les plus utilisées et résumés dans l’article , suffisent à nous convaincre de la très large variété de structures et de propriétés d’emploi qu’ils permettent avec des cycles thermiques relativement simples (quelques heures, à quelques centaines de degrés Celsius, dans des atmosphères neutres ou réductrices assez faciles à industrialiser).
S’agissant de transformations à l’état solide sensibles aux faibles additions (faibles fractions volumiques précipitées, relations cristallographiques très locales, rôle important des ségrégations aux joints de grains…), on perçoit bien la nécessité de disposer de données thermodynamiques, pour prévoir les phases possibles à l’équilibre, et de données cinétiques pour suivre lors de cycles raisonnables les degrés d’avancement des différentes diffusions pour les éléments critiques de la composition nominale de l’alliage.
Au plan thermodynamique, un certain nombre de notions semble plus particulièrement importantes à approfondir : l’activité et le potentiel chimique, les diagrammes de phases et les données cristallographiques correspondantes, les produits de solubilités des précipités essentiels…
Au plan cinétique, il faut évidemment disposer de données diffusionnelles pour les phases concernées par le système étudié, de vitesses de coalescence ou de redissolution des précipités au profit de nouvelles phases, de diagrammes schématisant les cinétiques de transformation allotropique ou de précipitation…
Ces bases métallurgiques existent évidemment dans tous les ouvrages de métallurgie générale, mais seront plus précisément recentrées dans cet article autour des traitements envisagés.
Parallèlement au choix pratique des conditions de traitement se pose aussi la question de la dispersion des résultats attendus, dispersion liée autant aux dispersions opératoires qu’aux inévitables ségrégations de l’alliage.
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Conclusion
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3. Prévision et contrôle des états structuraux par traitement thermique
Les données thermodynamiques correspondant souvent à des processus trop lents par rapport aux possibilités de diffusion en phase solide lors de cycles industriels, nous avons vu qu’il est souvent nécessaire d’avoir recours à des diagrammes de transformation ou de précipitation établis pour des cycles voisins de ceux envisageables sur pièce.
3.1 Utilisation des diagrammes de prédiction
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Les diagrammes de transformation ou précipitation isothermes, ainsi que les diagrammes en refroidissement continu, sont très utilisés pour la prévision des structures et duretés lors de cycles types, comportant le passage par une autre phase ou une mise en solution préalable, et lors des cycles de refroidissement.
Nous avons déjà présenté figure l’exemple d’un diagramme de transformation isotherme pour un acier de traitements thermiques traditionnel (25 Cr Mo 4), tandis que sur la figure est reproduit le diagramme TRC pour le même acier et les mêmes conditions d’austénitisation.
Les diagrammes de transformation isotherme (TTT) ne sont utilisables que pour des cycles thermiques proches de ceux ayant permis leur élaboration, c’est-à-dire un préchauffage déterminé et des maintiens isothermes avec une mise en température très rapide. Il faut évidemment que les conditions de préchauffage (austénitisation dans le cas de l’acier) soient comparables puisque, vis-à-vis des transformations au refroidissement, c’est la composition de la solution solide à haute température qui compte, ainsi que la taille du grain de départ (germinations aux joints). Il ne faut pas non plus que les précipitations ou transformations interviennent avant la température de maintien étudiée.
Pour l’utilisation des diagrammes en refroidissement continu (TRC), il faut de surcroît que les cycles de refroidissement aient sensiblement la même allure que celui de la pièce traitée de manière à pouvoir suivre le long du cycle le plus voisin, d’une part les progrès de la transformation au refroidissement (les fractions volumiques transformées dans chaque plage de températures), et d’autre part la dureté finale.
Pour un acier, on peut se rendre compte de l’intérêt de cette précaution en imaginant à tout moment du refroidissement une interruption par une trempe très violente : l’austénite...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GUILLET (L.), POUPEAU (P.) - Théorie des transformations à l’état solide - , Dunod 1973.
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(2) - BENARD (J.), MICHEL (A.), PHILIBERT (J.), TALBOT (J.) - Métallurgie générale - . MASSON Paris 1991.
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(3) - HAASEN (P.) - Physical Metallurgy - . North Holland Physics Publ. Amsterdam, 1983.
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(4) - PHILIBERT (J.) - La diffusion dans les alliages - . Les Aciers Spéciaux – Lavoisier – Techniques et Documentation, 1997.
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(5) - FOCT (J.), TAILLARD (R.) - Changements de phases à l’état solide - . Les Aciers Spéciaux – Lavoisier – Techniques et Documentation, 1997.
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(6) - BEGUINOT (J.), al - Principes de base du traitement thermique des aciers spéciaux - . Les Aciers Spéciaux – Lavoisier – Techniques et Documentation,...
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