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FORMATION CONTINUE ICAM
COURS MATERIAUX
Chapitre 2 : Les diagrammes de phase
Isabelle Guillanton
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Tel : 02-40-52-48-26
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INTRODUCTION
Un Alliage mtallique est le mtal obtenu en ajoutant un mtal pur
dautres lments
mtalliques ou non. Les constituants dun alliage sont les lments
chimiques qui le
constituent. Un systme dalliage est constitu de lensemble des
alliages obtenus partir du
mme groupe de constituants. Par exemple le systme cuivre/ zinc
(Cu/Zn) est form de tous
les alliages Cu/Zn en diffrentes proportions. Un alliage binaire
est form de 2 constituants.
Un alliage ternaire de 3.
Un alliage a sa constitution dquilibre quand cette constitution
nvolue plus avec le temps.
Le diagramme dquilibre ou diagramme de phase, rsume les
constitutions dquilibre dun
systme dalliage.
Selon les proportions dajout dans le mtal, les caractristiques
de lalliage vont varier. Un
diagramme de phase ou diagramme dquilibre peut tre compar une
carte didentit de
lalliage que vous souhaitez connatre.
A partir du diagramme de phase, vous pourrez reconstituer les
proportions respectives de
chaque composition, leurs diffrentes transitions selon la
temprature, le type de phase forme
selon les proportions des constituants.
1- CONSTRUCTION DUN DIAGRAMME DE PHASE1
Les diagrammes de phase se construisent partir de donnes
exprimentales avec diffrentes
compositions dalliage. Ces diffrentes compositions par exemple
de 0% 100% dun des 2
mtaux sont mises en temprature au-del de la temprature de fusion
de chacun des 2
matriaux. (Nous prendrons comme exemple un mlange binaire de 2
mtaux type Cuivre
/Zinc ou Etain /Plomb).
Chaque creuset contenant les 2 mtaux en proportions dfinies est
port en temprature et
ensuite refroidit. Lors du refroidissement, les transitions dans
les alliages seront fonction de
la proportion de chaque mtal.
Les phases formes sont nommes par des lettres grecques en
commenant par puis etc..
de 0 100% de lalliage. Les domaines biphass prennent le nom des
deux phases
monophases adjacentes.
1 Prcis de Mtallurgie, J Barralis, G. MAEDER, Edition NATHAN
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Fig. N1 : Courbes de refroidissement et diagramme de phase
Quelles sont les transitions enregistres dans un alliage :
1re
transition : Transition Liquide Liquide/Solide : Cette
transition constitue la courbe
du Liquidus. Elle correspond la temprature laquelle se cre le
premier germe solide dans
la phase liquide pour chacune des compositions dalliages.
Cette cration du premier germe solide dgage de la chaleur do un
changement de pente sur
la courbe de refroidissement.
2me
Transition : Transition Liquide /Solide Solide
Pour chaque composition, cette transition correspond la
temprature laquelle il ny a plus
de fraction liquide donc lorsque toute la phase liquide est
devenue solide. L encore, sur la
courbe de refroidissement, cela se traduit par un changement de
pente de refroidissement li
lexothermie de la transition (idem 1re transition). Lensemble de
ces points de transition
liquide-solide solide constitue la courbe de solidus.
Dans le cas dun mtal binaire A-B qui naurait que ces deux types
de transition, le
diagramme de phase aurait la forme ci - dessus (voir fig.N1)
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Les diagrammes de phase sont rarement aussi simples car dautres
types de transformation
existent.
1-2 Transitions particulires
Certains alliages prsentent au cours du refroidissement des
paliers de temprature. Ce palier
de temprature correspond une raction isotherme. Six ractions
isothermes sont
rpertories dans les alliages mtalliques. Nous tudierons dans ce
chapitre, les 4 ractions les
plus courantes.
Lors dune raction isotherme, il y a prsence simultane des
diffrentes phases en prsence
la temprature isotherme. La dure de lisotherme dpend de lchange
de chaleur entre ces
phases permettant ainsi la disparition de lune dentre-elle.
(Comme dans le refroidissement
dun corps pur o la temprature reste constante tant quil y a
prsence de phase liquide et
solide).
1-2-1Raction eutectique:
Une raction eutectique permet la formation dun alliage
eutectique.
A la temprature eutectique, lalliage est appel alliage
eutectique. A lquilibre, cet alliage va
subir la transformation suivante :
Liquide Cristal biphas +
A T= Temprature eutectique, lalliage prsente 3 phases en
quilibre : liquide (E), , . Cet
alliage prsente la caractristique de passer directement de la
phase liquide la phase solide
sans phase intermdiaire liquide-solide. Il a donc un
comportement de corps pur bien que ce
soit un alliage biphas.
Exemple dun diagramme de phase associ aux courbes de
refroidissement dun diagramme
avec eutectique.
Fig. N2 : Diagramme avec eutectique et les courbes de
refroidissement de diffrentes compositions de lalliage.
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Triangle de Tamman : Exploitation des courbes de refroidissement
avec un palier et une
composition eutectique.
Sur la figure N2, les courbes de refroidissement prsentent
partir de la composition N4 un
palier de temprature. La longueur de ce palier augmente jusqu la
composition 6 puis
diminue jusqu la composition 8. La longueur du palier de
temprature est proportionnelle
la quantit deutectique dans la composition ( condition que toute
les compositions aient la
mme masse).
En mesurant, ces longueurs de paliers et en les rapportant en
vertical sur le diagramme de
phase, la composition eutectique peut tre dtermine par
lintersection des deux droites.
Cette exploitation graphique est appele Triangle de Tamman. NOTA
: la courbe de
refroidissement dun alliage eutectique a la mme forme que la
courbe de refroidissement
dun mtal pur (type courbe N1).
1-2-2 Raction pritectique
Cette raction intervient dans le domaine liquide-solide. A
lquilibre, la temprature
pritectique, lalliage va comporter 3 phases : , L, selon
lquation suivante :
+ L (Structure monophase).
Exemple de diagramme et exploitation des courbes de
refroidissement dun diagramme avec
pritectique.(fig3)
Fig. N3 : Exploitation des courbes de refroidissement et
construction dun diagramme de phase avec
pritectique
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Vous remarquerez que pour les courbes N6 et N7, vous avez une
premire transition
correspondant la courbe du liquidus, puis le palier pritectique,
puis une deuxime
transition correspondant au passage de +L . Cette deuxime
transition permet de
distinguer un diagramme comportant un alliage pritectique de
celui comportant un alliage
eutectique.
1-2-3 Transformations eutectodes et pritectodes
Ces transformations prsentent de grandes analogies avec les
transformations prcdentes
mais interviennent lETAT SOLIDE. Nous les trouverons dans le cas
particulier du
diagramme fer-Carbone. En phase solide, les variations de
chaleur sont trs faibles do une
exploitation plus difficile des courbes de refroidissement sauf
au niveau des paliers
eutectodes et pritectodes.
1-2-4 Quelques connaissances complmentaires
1/ La limite entre la phase liquide et liquide solide est appele
LIQUIDUS
La limite entre la phase liquide-solide et la phase solide est
appele SOLIDUS
La limite entre deux phases en solution solide est appele
SOLVUS.
Pour un alliage donn, la limite de solubilit est toujours
considrer en fonction de la
temprature laquelle il se trouve. En effet, la solubilit dun
solut dans un solvant varie en
fonction de la temprature. Dans le cas des solutions solides, la
solubilit des atomes B dans
le cristal A est galement fonction de la temprature. La
solubilit est maximale aux paliers
isothermes. (Eutectique, pritectique, eutectode et pritectode).
Lorsque la solubilit est
donne sans indication de la temprature, alors celle-ci
correspond la solubilit maximale
donc la temprature de lisotherme
2/ Un domaine biphas est toujours encadr de deux domaines
monophass dont il porte les
noms pour une temprature considre.
3/ Comment sait-on quun domaine biphas ou monophas va tre form
?
Grce la variance galement appele rgle de Gibbs.
La variance correspond au nombre de variables indpendantes
dcrivant le systme. Elle
dfinit le nombre de degr de libert du systme lquilibre. Au
moment dune transition,
par exemple liquide-solide, lquilibre thermodynamique est modifi
par la cration dune
phase solide et la variance est donc modifie en fonction de ce
changement dtat. Le
dgagement de chaleur li la transition se traduit par un
changement de pente sur la courbe
de refroidissement.
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Equation de la variance :
V= C+P
V= variance
C : Nombre de constituants indpendants du systme.
P : Nombre de variable daction : Pression et temprature. En
gnral, la pression est
constante et nintervient donc pas comme variable dans lquilibre
du systme.
: Nombre de phase forme : =1 pour les domaines monophass
=2 pour les domaines biphass
=3 pour les domaines triphass( point triple de
leutectique ou du point pritectique).
Cas dun diagramme binaire
Pression est constante mais la temprature varie. Le nombre de
constituant est gal 2
puisquil y a deux mtaux en prsence :
V = 2 + 1
Soit
V = 3
Les valeurs possibles de la variance sont ici :
V=2 pour un systme monophas
V=1 pour un systme biphas
V=0 pour un systme triphas
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2- EXPLOITATION DUN DIAGRAMME DE PHASE2, 3
Une fois le diagramme de phase construit avec toutes ses
transitions particulires, lintrt est
de lexploiter c'est--dire de connatre prcisment la composition
et la proportion de chaque
mtal dans lalliage dans les domaines biphass. En effet, ces
questions ne se posent pas dans
les domaines monophas puisque la nature des cristaux forms et la
proportion de lalliage est
parfaitement connue.
La composition dun alliage est donne par la rgle de lhorizontale
pour une temprature
donne
La proportion de chaque constituant est calcule par une rgle
simple: la rgle des segments
inverses.
A partir dun diagramme simple tel que celui de ltain et du
plomb, nous allons exploiter et
dterminer la composition et les proportions des diffrents
alliages (figure N4).
2-1 Principe du calcul
La rgle de lhorizontale permet de dterminer la composition de
lalliage biphas une
temprature donne. Cette composition chimique (nature des phases
lquilibre) est donne
par les abscisses des points M et M qui sont les limites du
domaine biphas la
temprature tudie. (voir fig.N4).
Sur la figure N4, lalliage, au point M, est compos de cristaux
de phase et de cristaux de
phase juxtaposs. Les cristaux ont la composition x du point M
(soit 7.5% de B). Les
cristaux de phase ont la composition X du point M (soit 97% de
B) la temprature
considre.
La rgle des segments inverses permet de dterminer pour une
temprature T la fraction
massique des phases et au point tudi M.
2 Matriaux 2- Microstructure, mise en uvre et conception, M.F
ASHBY,D.R.H JONES, Edition DUNOD
3 Cours Matriaux,Eric Staniek, ICAM Lille
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Fig. N4 : diagramme type
Dans un domaine biphas +, les proportions de chaque phase
sobtiennent par les relations
suivantes :
et
M = Point la limite de solubilit de la phase la temprature
T1.
M= Point la limite de solubilit de la phase la temprature
T1.
Soit encore en fraction massique (abscisse des points M, M,
M)
Sur la figure N4, le calcul donne % = 67% et % =33%
Ces proportions peuvent galement se calculer en pourcentage
atomique (en utilisant les
masses molaires atomiques de chacun des constituants).
100%
MM
MM100%
MM
MM
100%
xx
xx100%
xx
xx
M M
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2-2 Exemple de calcul
Fig. N5 : Diagramme de phase du systme Sn-Pb
A noter, certains auteurs ne nomment pas les phases par des
lettres grecques (,, etc),
cela peut porter confusion sur la nature de la phase comme nous
allons le voir dans
lexploitation.
Exploitation du diagramme
En abscisse : la composition massique en % de Pb (ncessaire pour
appliquer la rgle des
segments inverses)
En ordonne : la temprature
232C : Temprature de fusion de ltain, et 327C temprature de
fusion du Plomb.
Entre 150 C et 232C et entre 0 et 2.5% de Plomb dans lalliage,
cration dun domaine
monophas contenant jusqu 2.5% de plomb dans le domaine
cristallin de ltain (plomb
en solution solide dans ltain).
La courbe partir de 2.5% Pb 183C jusqu 0.3% de Pb 20C est la
limite de solubilit
entre la phase et le domaine biphas + (solvus). A partir de
cette composition, il y a
existence dun domaine biphas constitu de proportion de et de
.
+
L +
+L
170C
2%
2%
87%
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Dtermination de la composition de lalliage 50% de Pb et 170C
:
La composition de 50% de Pb et 170C est de 2% de Plomb dans
ltain
La composition de 50% de Pb et 170C est de 87% de Plomb et donc
13% dtain dans le
Plomb
Calcul des proportions massiques de phase et de phase 50% de Pb
et 170C:
.
La proportion relative de dans la phase + 50% de Pb dans
lalliage=
M %=(87%-50%) / (87%-2%)= 43.5%
La proportion de dans + 50% de Pb dans lalliage =
M%=(50%-2%) /(87%-2%) = 56.5%
M%+M%=43.5%+56.5%=100%
Dtermination de lalliage 50% de plomb et 200C
Si on tudie maintenant la constitution de lalliage 200C et
toujours 50% de plomb, le
mme calcul avec la rgle des segments inverses sapplique :
Le domaine est constitu de liquidus et de germes en solution
solide de phase :
Composition de lalliage 50% de Pb : 45% de Plomb en phase
liquide et 83% de Pb dans la
phase solide.
Fraction massique de L en %= 83-50/(83-45)=87%
Fraction massique de en %= (50-45)/83-45=13%
Evidemment le deuxime calcul nest pas ncessaire puisquil est
complmentaire jusqu
100% du premier.
La composition de lalliage est constitue de 87% de liquide 45%
de Pb et de 13% de solide
83% de Pb.
Un alliage est donc caractris, une temprature donne, par :
1. La composition globale en poids de lalliage : 50% de plomb,
50% dtain
2. Le nombre de phase : 2
3. La composition de chaque phase pour une temprature : 2 % de
Pb dans et 87% de
Pb dans
4. La fraction massique de chaque phase la temprature considre:
A 170C 43% de
et 57% de .
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Certaines compositions ne sont pas parfaitement dfinies, aux
tempratures de fusion de
chacun des deux mtaux purs et au point eutectique ou
pritectique, car ce niveau de
temprature et de composition, les 3 phases, liquide, et sont
prsentes mais il nest pas
possible de connatre la proportion de chacune delles.
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3- DIAGRAMME DEQUILIBRE DU FER-CARBONE3,4
Le diagramme de phase du Fer-Carbone dcrit les diffrentes
structures des aciers et des
fontes. La solubilit du carbone dans le fer est de 6.63%. Le
compos constitu est appel la
CEMENTITE et sa constitution chimique est Fe3C. Ce compos est
mtastable et sa
temprature de fusion est de 1227C.
Selon la quantit de carbone en solution dans le Fer, des
alliages diffrents seront obtenus.
les aciers : Jusqu 2.06% de carbone, certains auteurs donnent la
limite 1.7% de
carbone
les fontes : A partir de 2.06% et jusqu 6.63% de carbone.
Fig. N6 : Diagramme dquilibre Fer-Carbone
3 Cours Matriaux, Eric Staniek, ICAM Lille
4Cours Matriaux, M. Dequatremare, IST Vende,2002
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3-1 Le Fer
Le fer est le mtal de base le plus important pour les alliages
techniques. Il est
relativement abondant dans l'corce terrestre (4,7 % en masse)
sous forme dtats combins dans de nombreuses roches. Le fer pur
n'est pas employ dans l'industrie, les plus employs
sont les alliages de fer avec le carbone qui sont la fonte et
l'acier.
Caractristiques du fer
Le fer possde les caractristiques suivantes :
- Masse atomique : 55,85 g/mol.
- Numro atomique : 26.
- Rayon atomique : 1,27 (CFC).
- Masse volumique : 7,8 g/cm3
.
- Temprature de fusion : 1539C
Le fer pur prsente deux formes cristallines :
La forme jusqu une temprature de 910C et entre 1392C et 1538C
(temprature de
fusion). Le fer est appel Fe partir de 1392C. La structure
cristalline des formes et est
cubique centre. Le fer est magntique jusqu 768C et devient
paramagntique au-del.
Cette transition est appele point de curie. Le fer CC ( ou ) est
appel FERRITE.
Entre 910C et 1392C, la structure cristalline est cubique face
centre (CFC) et est appele
Fe ou AUSTENITE.
Le phnomne de modification du rseau cristallin sous leffet de la
temprature est appel transformation allotropique (Voir Chapitre
N1).
Le fer forme des alliages avec un grand nombre dlments
(Cr,Ni,Mn,Mo,V,Ti et C).La
mise en solution solide dlments dalliages dans le fer modifie
les tempratures des
transformations allotopriques. Ces lments sont appels Alphagnes
si ils stabilisent la phase
(CC) et Gammagnes si ils stabilisent la phase (CFC) du Fer.(fig.
N7)
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Fig. N7 : Tempratures des transformations allotropiques du fer
pur.
NOTA : Ar4 : transition Fe Fe (R pour refroidissement)
Ar3 Fe Fe
Ac3 Fe Fe (Transformation en chauffauge :C)
3-2 Le carbone
Le carbone est un lment non mtallique, rare ltat libre mais trs
prsent ltat combin dans les matriaux non mtalliques, naturels ou
non (ptrole, charbon, bois, vgtaux etc..).
Caractristiques du carbone
- Numro atomique : 6.
- Masse atomique : 12 g/mol.
- Rayon atomique : 0,77 .
- Masse volumique : 2.5g/cm3
- Temprature de fusion : 3500C
Le carbone existe sous deux formes cristallines : le diamant et
le graphite.
Le diamant a une structure CFC, et est considr comme le matriau
le plus dur. Cest un isolant lectrique.
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Le graphite a une structure hexagonale compacte (HC). Il est trs
utilis entre autres dans les
mines de crayon, pour la lubrification (graisses) etc.. Il est
semi conducteur selon la
direction.
Le carbone dont le point de fusion est suprieur 3500C est
soluble dans le fer et peut se
cristalliser l'tat pur en formant le graphite ou se combiner
avec le fer en formant une phase
intermtallique Fe3C appele cmentite ou carbure de fer.
La phase inter mtallique cmentite a une structure trs complique
et elle est trs dure. La
formation du graphite ou de la cmentite dpend des lments
d'alliage qui accompagnent le
fer et surtout du type de refroidissement (vitesse de
refroidissement).
Lorsque le refroidissement du mtal liquide est lent, les atomes
de carbone cristallisent en
formant le graphite et dans le cas contraire lorsque le
refroidissement est rapide on a la
formation de la cmentite (Fe3C), qui ne peut se dcomposer la
temprature ambiante, mais
un maintien de temprature suprieure 500C d'une dure trs longue.
La cmentite peut
se dcomposer en graphite suivant la raction :
Fe3C + chaleur 3.Fe + C
La prsence du silicium peut favoriser la dcomposition de la
cmentite (formation du
graphite). Donc on a l'existence de deux diagrammes d'quilibres
:
- Le diagramme d'quilibre mtastable (ou labile) Fe-Fe3C
(cmentite).
- Le diagramme dquilibre (ou stabile) Fer-Graphite : il nest
valable que pour certains
alliages et des vitesses de refroidissement extrmement
lente.
Fig. N8 : Diffrences entre le diagramme mtastable Fer-Fe3C et le
diagramme stable Fer-Carbone graphite.
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3-3 EXPLOITATION DU DIAGRAMME FER - CARBONE
Le diagramme Fer-Carbone met en vidence 3 ractions invariantes
:
A 1495C et 0.2% de carbone : Raction pritectique
Liquide + Fe Fe
A 1147C et 4.3% de carbone : Raction eutectique
Liquide Fe + Fe3C Austnite + Cmentique forment la LEDEBURITE
A 723C et 0.85% de carbone : Raction eutectode
Fe Fe + Fe3C Ferrite+ Cmentique forment la PERLITE
Remarques
La cmentite secondaire (ou pro-eutectoide) forme provient de
lappauvrissement en carbone
de laustnite lorsque la temprature diminue. En effet laustnite
titre 1.7% de carbone
1147C et 0,8% de carbone 723C.
A temprature ambiante, la ldburite ne peut plus exister sous sa
forme originale (c'est--dire
entre 728 et 1147C) Au cours du refroidissement, son austnite
expulse progressivement du
carbone se transformant en cmentite. La ldburite transforme est
donc constitue de perlite
+ cmentite
A temprature ambiante, il nexiste plus que deux phases
FERRITE+CEMENTITE
3-3-1 Etude du diagramme de phase
Le diagramme Fer Carbone va permettre de classer les aciers et
les fontes formes selon leur taux de carbone et les types de grain
forms :
Les aciers jusqu 1.7% ou 2% de carbone Les fontes au-del de 2%
jusqu 6.63% de carbone.
Pour les fontes on distingue les fontes blanches qui sont
totalement dpourvues de graphite
libre (Notation FBC) et les fontes grises qui prsentent du
carbone sous forme libre.
Les fontes blanches sont hypo-eutectiques si leur taux de
carbone est compris entre 1.7% et
4.3% ou hyper-eutectiques si leur taux carbone est suprieures
4.3%.
Il existe galement la fonte blanche eutectique dont le taux de
carbone est de 4.3%.
Pour les fontes grises, deux types de fontes existent selon la
forme du graphite :
Les fontes graphites lamellaires( Fontes FGL). Comme prcdemment,
on distinguera les
fontes grises hypo-eutectiques, eutectiques et
hyper-eutectiques.
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Les fontes graphite sphrodal (Notation fontes FGS) sont de
dveloppement plus rcent
(1959). Compte tenu de la structure du graphite, ces fontes
prsentent une bonne ductilit et
des proprits mcaniques proches de celles des aciers en
particulier en traction. On distingue
les fontes graphite sphrodal ferritique, semi-ferritique et
perlitique.
Les utilisations sont nombreuses : Btis de machine outils
(fontes ferritiques ou semi
ferritiques), pompes, vrins
Pour les fontes perlitiques : arbre cames, disque de freins,
pignons vilebrequins.
3-3-1-1 Etude dun acier 3
Refroidissement dun Acier eutectique 0.8% de carbone de 1600C
700C.
Vers1478C on atteint le liquidus; les premiers germes de solide
commencent apparatre.
La variance initialement de 2 chute 1, ce qui se traduit par une
rupture de pente sur la courbe
de refroidissement.(fig. N9)
Fig. N9 : premier palier de refroidissement dun acier 0.8%C
Si on continue descendre la temprature dans le domaine L + , les
grains daustnite
grossissent, tout en senrichissant en carbone, et la phase
liquide diminue progressivement
tout en se chargeant en carbone (fig. N10)
. Fig. N 10 : Formation des grains daustnite
Arriv environ 1390C on atteint le solidus, cest dire quil y a
disparition de la phase
liquide. On obtient alors un mtal entirement austnitique
constitu dune population de
grains assez homogne. La variance repasse alors 2, ce qui
implique que la courbe de
refroidissement va de nouveau prsenter une rupture de pente.
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Entre 1390C et 723C on est toujours dans un domaine entirement
austnitique, et la
structure du mtal nvolue pas, puisque la variance du systme est
ici gale 2.(fig. N11)
Fig. N11 : domaine entirement austnitique
A 723C, il y a progression isotherme de la transformation
eutectode. Avec formation de
perlite partir des joints de grain.(fig. N12)
Fig. N 12 : progression isotherme leutectoide
A 723C, le palier eutectode est atteint. Cest dire qu cette
temprature, laustnite est en
quilibre avec la ferrite et la cmentite, la variance est nulle,
cest dire que la temprature
reste constante tant quil reste de laustnite.
La particularit de la transformation eutectode est quil sagit
dune recombinaison en phase
solide, avec des diffrences de solubilit importantes pour le
carbone entre les diffrentes
phases en prsence.
Lorsque la ferrite apparat, les 0,8% de carbone contenus par
laustnite ne peuvent pas rester
intgralement dans la ferrite, puisque la solubilit limite du
carbone cette temprature dans
la ferrite est de 0.02%. Le carbone est donc expuls en dehors de
la ferrite. Mais comme on
est en phase solide, cette transformation seffectue par
diffusion, et le rarrangement sera
donc trs localis. De plus, la ferrite va apparatre
prfrentiellement aux joints de grains, et
va crotre suivant les directions particulires du cristal
daustnite.
En consquence, on observe lmergence dune structure lamellaire,
tout fait caractristique
dune transformation eutectode. On appelle ce constituant la
perlite lamellaire.
Pour finir le refroidissement, on se retrouve dans un domaine
biphas ferrite + cmentite, avec
une variance de 1, cest dire que la composition de la ferrite va
continuer voluer ( on
passe de 0.02% 0.006% de carbone), et donc la proportion de
cmentite va lgrement
voluer en consquence.
Au final on obtient une teneur en ferrite dans la perlite de 88%
pour 12% de cmentite
environ.(rgle des segments inverses) :
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La morphologie de la structure restant quant - elle identique
celle dcrite 723C.
Fig. N13 : fin du refroidissement Fig. N14 : Structure dun acier
eutectoide
3-3-1-2 Etude dune fonte3
Cas de la fonte blanche leutectique 4.3% de carbone.
les diffrentes tapes du refroidissement dun liquide de
composition eutectique sont tudies
de 1600C jusqu lambiante
, .Fig. N15 : dbut du refroidissemnt de lalliage 4.3%de C
Lalliage reste liquide jusqu la temprature de leutectique ou il
commence se solidifier
directement en austnite et cmentite temprature constante.(fig
N16)
Comme ici la temprature est trs basse par rapport la temprature
thorique de fusion du
fer, la vitesse de germination est maximale, alors que la
vitesse de croissance des cristaux est
faible.
Une fois la transformation acheve, la morphologie observe sera
constitue de dune
population de cristaux daustnite de mmes dimensions, ces
cristaux tant pour les raisons
invoques plus haut de trs faibles dimensions.
%8,11CFe % doncet %2,88 02,067,6
8,067,6 %
icisoit
%
3
3
3
xx
xx
CFe
CFe
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Fig. N16 : Refroissiment puis palier eutectique 1148C
Refroidissement jusqu 723C; laustnite sappauvrit progressivement
en carbone, et
diminue en proportion au profit de la cmentite secondaire
(obtenue partir de laustnite
solide).(Fig N 17)
Fig. N17 : formation daustnite et cmentite secondaire =
Ldburite
A la temprature eutectode, laustnite qui est alors 0.8% de
carbone, va subir la
transformation eutectode, et donc se transformer en perlite, ce
qui nous donne la morphologie
reprsente ici, quon observera galement temprature ambiante.
Ce constituant eutectique est appel Ldburite. Sa constitution
varie avec la temprature :
dans le domaine austnite + cmentite, il est constitu dune fine
dispersion d austnite dans
une matrice continue de cmentite; en dessous de 723C il est
constitu dun fine dispersion
de nodules de perlite dans un matrice continue de cmentite.(Fig
N18 et 19)
Fig. N18 : Formation de ldburite
Fig. N19 Fonte blanche de Ldburite
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CE QUIL FAUT RETENIR et SAVOIR FAIRE :
Les dfinitions, en particulier les noms des diffrentes formes
des alliages
ferreux
Exploiter un diagramme de phase :Dterminer la composition et les
fractions
massiques dun alliage biphas par la rgle de lhorizontale et la
rgle des
segments inverses.
Connatre le diagramme Fer Carbone : les tempratures de
transitions, les
diffrentes phases ainsi que la nature des phases formes.
NOTA : Des excercices et des TP seront effectus, ce qui vous
permettra dacqurir de
manire concrte lensemble de ces connaissances.
