Fiche de révision : Science des matériaux et traitements

📋 Plan du Cours

1. Notions et diagrammes de phases
2. Diagramme fer-carbone
3. Transformations de phases
4. Traitements thermiques et écrouissage
5. Diagrammes TTT, TRC et trempabilité
6. Durcissement structural de l’aluminium

📖 1. Notions et diagrammes de phases

🔑 Notions clés & Définitions

• Alliage métallique : Mélange de deux métaux ou plus permettant d’obtenir de nouvelles propriétés.
• Phase : Région du matériau ayant des propriétés physiques et chimiques différentes.
• Solution solide : Une seule phase dans laquelle un élément est dissous dans un autre.
• Diagramme binaire : Représentation d’un système à deux constituants selon la température T et la composition Cn, permettant de déterminer le nombre de phases, leur composition, leur proportion et la microstructure.
• Point eutectique : Liquide en équilibre avec deux phases solides, dont la solidification se fait à une température plus basse que celle des corps purs.
• Constituant : Élément chimique présent dans un mélange, comme le cuivre ou l’aluminium.
• Limite de solubilité : La concentration maximale de soluté permettant de rester dans une seule phase.

📝 Points essentiels

• La règle des segments inverses permet de calculer les proportions des phases dans une zone à deux phases.

💡 Astuce mémo

Constituants → phases → solubilité → diagramme

📖 2. Diagramme fer-carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Acier : Matériau contenant moins de 2,14 % massique de carbone.
• Fonte blanche : Matériau contenant plus de 2,14 % massique de carbone.
• Ferrite α : Réseau cubique centré, faible solubilité du carbone et propriétés douces, ductiles et résilientes.
• Austénite γ : L’austénite γ possède un réseau cubique à faces centrées et dissout davantage de carbone que la ferrite.
• Cémentite : Carbure de fer très dur mais fragile.
• Perlite : Mélange lamellaire de ferrite et de cémentite.
• Martensite : Constituant obtenu par refroidissement rapide de l’austénite, avec une structure hors équilibre et une très grande dureté.
• Bainite : Constituant hors équilibre formé lors de transformations de l’austénite.

💡 Astuce mémo

Ferrite douce, cémentite dure et fragile

📖 3. Transformations de phases

🔑 Notions clés & Définitions

• Cinétique : Évolution d’une transformation avec le temps.
• Diffusion : Déplacement des atomes, fortement influencé par la température dans les transformations diffusives.
• Surfusion : Écart de température nécessaire pour favoriser la formation de germes.

📝 Points essentiels

• La nucléation est la formation de germes stables d’une nouvelle phase.

• La croissance est le développement des germes jusqu’à consommer la phase initiale.

💡 Astuce mémo

Nucléation → croissance → transformation

📖 4. Traitements thermiques et écrouissage

🔑 Notions clés & Définitions

• Recuit : Traitement visant une structure proche de l’équilibre et pouvant homogénéiser, restaurer, recristalliser, adoucir ou diminuer les contraintes internes.
• Trempe : Refroidissement rapide qui conserve une structure hors équilibre et augmente la dureté et la résistance.
• Revenu : Traitement réalisé après la trempe qui fait évoluer la structure vers un état plus stable et réduit la fragilité.
• Écrouissage : Déformation plastique qui introduit des défauts et modifie les propriétés mécaniques.
• Recristallisation : Formation de nouveaux grains moins déformés.
• Croissance des grains : Augmentation de la taille des grains après recristallisation.

📝 Points essentiels

• 🔄 Un cycle thermique comprend les étapes suivantes:
  1. Chauffage
  2. Maintien à température
  3. Refroidissement contrôlé

💡 Astuce mémo

Chauffer → maintenir → refroidir

📖 5. Diagrammes TTT, TRC et trempabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• TTT : Transformation en fonction de la température et du temps à température fixée.
• TRC : Transformation lors d’un refroidissement continu.
• Essai Jominy : Essai mesurant la trempabilité d’un acier par la mesure de la dureté le long d’un barreau refroidi à une extrémité.

💡 Astuce mémo

TTT à température fixée, TRC en refroidissement continu

📖 6. Durcissement structural de l’aluminium

🔑 Notions clés & Définitions

• Sur-vieillissement : Évolution des précipités entraînant une diminution de la dureté.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le durcissement structural comprend les étapes suivantes:

  1. Mise en solution
  2. Trempe
  3. Vieillissement

• La mise en solution consiste à chauffer à haute température pour dissoudre les atomes de soluté.

• La trempe de l’aluminium est un refroidissement rapide créant une solution solide sursaturée.

• Le vieillissement forme des précipités lors de la maturation à température ambiante ou du revenu.

💡 Astuce mémo

Mise en solution → trempe → vieillissement

📊 Tableaux de synthèse

Distinctions essentielles