Propriétés des matériaux : Les Traitements Thermiques
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Propriétés des matériaux :Les Traitements Thermiques
DUGUET Benjamin IFI 2007
PECOITS Matthieu Avril 2006
Modification des propriétés desmatériaux
Modification recherchée :
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)
Modification des propriétés desmatériaux
Les traitements thermiques
- faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés de chauffage et de refroidissement afin d'en améliorer les caractéristiques mécaniques :dureté, ductilité, limite d'élasticité, ...
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
Durcissement par transformation martensitique
Application d’une trempe afin « d’adoucir » le matériau.
Ce durcissement important provoque aussi des effets indésirables par exemple une augmentation de la fragilité du matériau
Durcissement par transformation martensitique
L’essai Jominy :Permet de déterminer la trempabilité d’un acier
-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.
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
Durcissement par transformation martensitique
L’effet du revenu :Diminution de la dureté et des contraintes thermiques internes Obtenues lors de la trempe pour améliorer la résilience.
L’essai de dureté VICKERS:
Bille en diamant à baseCarrée
Maintien de l’effortPendant 10 à 15s
Mesure de la diagonalede l’empreinte
Durcissement par transformation martensitique
Mesure l’énergie deRupture du matériau
Matériaux fragiles :Résilience faible
Matériaux ductiles :Résilience élevée
L’essai de résilience :
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
Durcissement par précipitation
Principe :
But :
- Former des précipités, cohérents avec la matrice, quidéforment localement le réseau submicronique
- Augmenter les obstacles au mouvement des dislocations- Augmenter la limite élastique
Durcissement par précipitation
1 État initial
2 État mis ne solution Monophasé (stable)
3 État trempé Monophasé (instable)
4 État Revenu biphasé, fins précipités
Alliage biphaséPrécipités« gros »
Durcissement par précipitation
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
Bille en acier ou enCarbure de tungstene.
Maintien de l’effortPendant 10 à 15s
Mesure de diamètre
L’essai de dureté Brinell :
Durcissement par précipitation
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 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.
Durcissement par transformation martensitique
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