Propriétés des matériaux : Les Traitements Thermiques SIMON Denis TRUPTIL Sébastien IFI 2007.
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Propriétés des matériaux :Les Traitements
Thermiques
SIMON DenisTRUPTIL SébastienIFI 2007
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SOMMAIRE :
1) Modification Des Propriétés Des Matériaux
• Présentation• L’essai de dureté Brinell
2) Durcissement par transformation martensitique :
• Présentation• L’essai Jominy• L’effet du revenu
3) Le durcissement par précipitation :
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Modification Des Propriétés DesMatériaux.
Modification recherchée : Bonification du matériau
amélioration des propriétés mécaniques
Propriétés intrinsèques des matériaux :
- difficilement modifiable- dépendent du type de liaison et de l’architecture atomique(quasiment insensibles aux défauts)- varient de façon continue en fonction de la compositiondu mélange
Propriétés extrinsèques des matériaux :
- dépendent des défauts inclus dans le matériau et de la microstructure- varient considérablement en fonction de la composition et des traitements qu’on lui applique (thermiques ou mécaniques)
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Mécanismes de modification des propriétés mécaniques :
- Variation de la composition- Modification de la microstructure- Traitements mécaniques- Traitements thermiques
Modification Des Propriétés DesMatériaux.
Les traitements thermiques
- faire subir des transformations de structure grâce à des cyclesprédéterminés de chauffage et de refroidissement afin d'en améliorer les caractéristiques mécaniques :dureté, ductilité, limite d'élasticité, ...
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Durcissement par transformation martensitique.
Domaine austénitique, le fer a une structure cubique à faces centrées fer γ, sites interstitiels plus grands qu’en fer α .
Refroidissement rapide :
la matrice de fer est contrainte par les atomes de carbone
Durcissement
Passage de l’austenite àla martensite
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Durcissement par transformation martensitique.
Ce durcissement important provoque aussi des effets indésirables comme par exemple une augmentation de la fragilité du matériau
Application d’une trempe afin « d’adoucir » le matériau.
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Durcissement par transformation martensitique.• L’essai Jominy :
-Essai normalisé.-Éprouvette cylindrique de 25mmde diamètre et de 100 mm de longueur.-Chauffée à la température d’austénitisation.-Refroidie sur la face terminale parUn jet d’eau.
Le refroidissement provoque la créationd’un gradient de température selonla génératrice de l’éprouvette.
Permet de déterminer la trempabilité d’un acier
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Durcissement par transformation martensitique. La méthode de mesure Rockwell (HR)
Le principe de l’essai consiste à mesurer sous une charge de 100N, l’accroissement de la profondeur de l’enfoncement d’un poinçon lorsque après avoir appliqué une charge initiale 100N, une charge F est appliquée puis enlevée
Plus le matériau est dur, moins l’empreinte est profonde.
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Durcissement par transformation martensitique.
Courbe Jominy
0
10
20
30
40
50
60
1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30 40 50
x (mm)
HR
C C38
38 CrMo 4
La dureté diminue dans le même sens que le gradient detempérature
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Diminution de la dureté et des contraintes thermiques internes Obtenues lors de la trempe pour améliorer la résilience.
Durcissement par transformation martensitique.
• L’effet du revenu :
L’essai de dureté VICKERS:
Bille en diamant à baseCarrée
Maintien de l’effortPendant 10 à 15s
Mesure de la diagonalede l’empreinte
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L’essai de résilience :
Durcissement par transformation martensitique.
Mesure l’énergie deRupture du matériau
Matériaux fragiles :Résilience faible
Matériaux ductiles :Résilience élevée
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Durcissement par transformation martensitique.
Influence du recuit
0
500
1000
1500
2000
2500
0 200 350 550 650
température de recuit
Rp0,2, Rm (MPa)
0
20
40
60
80
100
120
Résilience (J/cm²) et %
Dureté HV30
Rp0,2
Rm
A
Z
Resilience
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Observations :• Diminution de la résilience et de
l’allongement On augmente la résistance et la dureté, mais :
• Diminution de la résilience et de l’allongement
Durcissement par transformation martensitique.
Commentaires effet de revenu :
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Durcissement par précipitation.
But :
- Augmenter les obstacles au mouvement des dislocations- Augmenter la limite élastique
- Éliminer les trop gros précipités- Former des précipités pas trop petits
Principe :
- Former des précipités, cohérents avec la matrice, quidéforment localement le réseau submicronique
Pour :
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Durcissement par précipitation.Comment réaliser un durcissement par précipitation ?
1
1 État initial
2
2 État mis ne solution Monophasé (stable)
3
3 État trempé Monophasé (instable)
4
4
État Revenu biphasé, fins précipités
Alliage biphaséPrécipités« gros »
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Explication rapide du montage expérimental• Utilisation d’une seule éprouvette chauffée à des températures
différentes• Un essai Brinell est réalisé à plusieurs endroits de l’éprouvette
on peut connaître la dureté en fonction de la température
Durcissement par précipitation.
Bille en acier ou enCarbure de tungstene.
Maintien de l’effortPendant 10 à 15s
Mesure de diamètre
L’essai de dureté Brinell :
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Durcissement par precipitation de l'alliage d'aluminium 7075
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
26 51 71 95 111 140 165 178 198 224
T(°C)
HB Aluminium 7075
La dureté varie selon la température de revenu, il y a un pic de revenu qui correspond à la taille optimum des précipités
Durcissement par précipitation.
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Interprétation
Différences avec le traitement thermique sur l’acier :
• Températures différentes lors de la mise en solution et le revenu
• Le revenu n’a pas le même rôle
Création de précipités de MgZn2 dans la structure
Durcissement par précipitation.