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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Durcissement des alliages et relations générales structure - propriétés
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1. Thermodynamique et cinétique des évolutions de phases à l’état solide
Lorsque l’on envisage un traitement sur un alliage, on commence toujours par recenser les différentes phases possibles pour des conditions d’équilibre thermodynamique dans les différentes plages thermiques accessibles.
Ces équilibres, présentés notamment en [M 70], réf. , sont illustrés sous forme de diagrammes de phases (figure a ). Les domaines de stabilité figurés sur ces diagrammes sont généralement suffisants pour entrevoir les possibilités d’un traitement donné (par exemple, un durcissement structural), ou guider des évolutions compositionnelles. Le diagramme des phases d’un alliage est bien le point de départ et le garde-fou des traitements thermiques.
En pratique, beaucoup d’alliages sont utilisés loin de leur état d’équilibre (cf. martensites des aciers) et on peut faire apparaître par traitements thermiques des phases non prévues dans le diagramme et pourtant assez stables pour subsister longtemps à température ordinaire (cf. phases métastables du durcissement structural des alliages d’aluminium). Par ailleurs, le diagramme d’équilibre ne renseigne pas sur la morphologie des phases dans l’alliage (lamelles, globules, précipités en épitaxie…) et on sait que les propriétés d’emploi sont étroitement liées à la distribution microstructurale des phases.
Compte tenu de la relative lenteur des phénomènes de diffusion en phase solide, on s’interroge ensuite sur les aspects cinétiques des transformations et précipitations pour apprécier leurs conséquences lors de cycles industriels. Ces considérations conduisent à la recherche de diagrammes de transformations schématisant l’évolution de celles-ci pour des cycles thermiques voisins de ceux à partir desquels ils ont été établis.
Il est finalement difficile d’échapper...
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Thermodynamique et cinétique des évolutions de phases à l’état solide
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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