QCM : Transformations et traitements des aciers (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Un acier est transformé en perlite à une température proche de la température eutectoïde. Quelle morphologie de perlite obtient-on, et pourquoi ?

Une perlite fine, avec une diffusion rapide du carbone et des lamelles minces
Une perlite fine, avec une diffusion lente du carbone et des lamelles épaisses
Une perlite grossière, avec une diffusion rapide du carbone et des lamelles épaisses
Une perlite grossière, avec une diffusion lente du carbone et des lamelles épaisses

Une perlite grossière, avec une diffusion rapide du carbone et des lamelles épaisses

Explication

Près de la température eutectoïde, la diffusion du carbone est rapide, ce qui permet des distances de diffusion plus grandes et forme des lamelles épaisses caractéristiques d’une perlite grossière. L’association « diffusion rapide et perlite fine » inverse l’effet de la diffusion, tandis que les réponses invoquant une diffusion lente ne correspondent pas à cette température.

2. Lors d’un traitement, la température de transformation perlitique θᵢ est abaissée. Quelle évolution conjointe de l’espacement des lamelles et de la durée de transformation faut-il prévoir ?

Un espacement interlamellaire réduit et une durée de transformation réduite
Un espacement interlamellaire accru et une durée de transformation accrue
Un espacement interlamellaire réduit et une durée de transformation accrue
Un espacement interlamellaire accru et une durée de transformation réduite

Un espacement interlamellaire réduit et une durée de transformation accrue

Explication

La baisse de θᵢ réduit l’espace interlamellaire et augmente la durée de transformation. Un espacement accru inverse la première évolution, une durée réduite inverse la seconde, et l’association de deux diminutions ne respecte pas l’effet opposé de la température sur ces grandeurs.

3. Deux échantillons d’austénite sont refroidis jusqu’à la même température θᵢ, mais l’un y est maintenu plus longtemps. Selon le principe de la transformation martensitique, comment comparer leurs fractions transformées ?

La fraction est plus faible dans l’échantillon maintenu plus longtemps
Les fractions transformées sont identiques, car elles dépendent de θᵢ et non du temps
La fraction est plus élevée dans l’échantillon maintenu plus longtemps
Les fractions ne peuvent être comparées sans connaître la durée de maintien

Les fractions transformées sont identiques, car elles dépendent de θᵢ et non du temps

Explication

À température θᵢ donnée, la fraction d’austénite transformée en martensite est déterminée par la température et ne dépend pas du temps. Les réponses qui attribuent un effet à la durée confondent ce comportement avec celui d’une transformation dépendante du temps.

4. Un acier est refroidi à une température θᵢ située entre Mf et Ms. Quel état de transformation faut-il prévoir ?

Une transformation perlitique complète sans austénite résiduelle
Une transformation martensitique incomplète avec de la ferrite résiduelle
Une transformation martensitique complète sans austénite résiduelle
Une transformation martensitique incomplète avec de l’austénite résiduelle

Une transformation martensitique incomplète avec de l’austénite résiduelle

Explication

Lorsque Mf < θᵢ < Ms, la transformation martensitique est incomplète et une partie de l’austénite subsiste. L’absence d’austénite résiduelle suppose à tort que la transformation est achevée; la ferrite résiduelle et la perlite relèvent d’autres constituants ou transformations.

5. Qu’est-ce que la transformation bainitique ?

Une transformation entièrement diffusive qui produit des lamelles alternées de ferrite et de cémentite
Une transformation sans diffusion qui convertit directement l’austénite en martensite par cisaillement
Une transformation de précipitation qui forme des carbures dans une matrice ferritique sans déplacement de matière
Une transformation complexe, à la fois diffusive et displacive, qui produit par cisaillement une ferrite sursaturée en carbone

Une transformation complexe, à la fois diffusive et displacive, qui produit par cisaillement une ferrite sursaturée en carbone

Explication

La transformation bainitique combine diffusion et déplacement par cisaillement, et forme une ferrite sursaturée en carbone. La transformation sans diffusion décrite par un cisaillement direct de l’austénite correspond plutôt à la formation de martensite.

6. D’après la relation empirique d’Andrews, quelle température Ms est estimée pour un acier contenant 0,20 % de carbone, 1,0 % de manganèse et aucun autre élément d’alliage mentionné ?

539 ∘C539\,^{\circ}\mathrm{C}
484 ∘C484\,^{\circ}\mathrm{C}
570 ∘C570\,^{\circ}\mathrm{C}
423 ∘C423\,^{\circ}\mathrm{C}

$$484\,^{\circ}\mathrm{C}$$

Explication

La formule donne Ms=539−423(0,20)−30,4(1,0)=454,2 ∘CM_s=539-423(0{,}20)-30{,}4(1{,}0)=454{,}2\,^{\circ}\mathrm{C}. La valeur de 484 ∘C484\,^{\circ}\mathrm{C} correspondrait à négliger l’effet du manganèse, tandis que les autres choix ne résultent pas de la substitution des teneurs indiquées.

7. Quel est l’objectif de l’étape d’austénitisation dans les conditions de durcissement maximal d’un acier ?

Réduire la température de l’acier sous Mf avant la trempe.
Créer une structure martensitique avant l’immersion dans le milieu de trempe.
Obtenir une structure entièrement austénitique avant le refroidissement.
Former des carbures avant le début du refroidissement rapide.

Obtenir une structure entièrement austénitique avant le refroidissement.

Explication

L’austénitisation doit produire 100 % d’austénite, qui pourra ensuite se transformer en martensite lors du refroidissement rapide. Former des carbures avant la trempe irait à l’encontre de l’objectif de ce refroidissement, qui vise à empêcher leur précipitation.

8. En quoi la transformation de la surface et celle du cœur diffèrent-elles pendant la trempe, et comment cette différence peut-elle favoriser la fissuration ?

Le cœur se transforme en martensite avant la surface et bloque ensuite la contraction de celle-ci.
La surface se transforme en martensite avant le cœur et peut contrarier son expansion lors de sa transformation ultérieure.
La surface et le cœur se transforment simultanément, mais leurs vitesses de refroidissement opposées créent des fissures.
Le cœur refroidit plus vite que la surface, ce qui empêche la martensite de se former dans la pièce.

La surface se transforme en martensite avant le cœur et peut contrarier son expansion lors de sa transformation ultérieure.

Explication

La surface, refroidie plus rapidement, forme sa martensite avant le cœur ; lorsque celui-ci se transforme et se dilate ensuite, la couche superficielle déjà formée entrave cette expansion et engendre des contraintes susceptibles de fissurer la pièce. L’idée que le cœur se transforme d’abord inverse l’ordre observé pendant la trempe.

9. Pourquoi un revenu plus chaud ou plus long entraîne-t-il une baisse de la dureté de la martensite ?

La martensite se transforme en perlite, ce qui abaisse la résistance et la ductilité.
Les particules de cémentite grossissent, ce qui diminue la dureté et la résistance.
Les interfaces ferrite-cémentite disparaissent, ce qui augmente la ductilité et la dureté.
Le carbone se dissout davantage dans l’austénite, ce qui réduit la dureté de la martensite.

Les particules de cémentite grossissent, ce qui diminue la dureté et la résistance.

Explication

Un revenu plus chaud ou plus long favorise le grossissement des particules de cémentite, associé à une diminution de la dureté et de la résistance. La transformation en perlite proposée comme distracteur ne décrit pas l’évolution indiquée pour le revenu.

10. Pour choisir un traitement en fonction de la vitesse de refroidissement de l’austénite, quels produits prévoir pour un refroidissement lent, intermédiaire puis rapide ?

Ferrite et perlite, puis martensite avec éventuellement de l’austénite résiduelle, puis bainite
Ferrite et perlite, puis bainite, puis martensite avec éventuellement de l’austénite résiduelle
Martensite avec éventuellement de l’austénite résiduelle, puis bainite, puis ferrite et perlite
Bainite, puis ferrite et perlite, puis martensite avec éventuellement de l’austénite résiduelle

Ferrite et perlite, puis bainite, puis martensite avec éventuellement de l’austénite résiduelle

Explication

Cette séquence associe le refroidissement lent à la ferrite et à la perlite, le refroidissement intermédiaire à la bainite et le refroidissement rapide à la martensite, parfois accompagnée d’austénite résiduelle. La bainite ne correspond pas au refroidissement lent : elle se forme lors d’un refroidissement intermédiaire.

11. Quelles caractéristiques décrivent la perlite formée lorsque la température de transformation est abaissée sous la température eutectoïde ?

Elle devient plus grossière, avec des lamelles plus épaisses.
Elle devient plus fine, mais son espace interlamellaire augmente.
Elle devient plus fine, avec un espace interlamellaire réduit.
Elle conserve la même finesse, mais sa durée de formation diminue.

Elle devient plus fine, avec un espace interlamellaire réduit.

Explication

L’abaissement de la température de transformation réduit l’espace entre les lamelles et produit une perlite plus fine. Une perlite grossière, aux lamelles épaisses, se forme plutôt près de la température eutectoïde.

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Mémorisez les réponses avec 10 flashcards sur Transformations et traitements des aciers.

Quelle perlite se forme lorsque la température de transformation θᵢ est proche de la température eutectoïde ?

Une perlite grossière.

De quoi dépend la fraction d’austénite transformée en martensite ?

Uniquement de la température θi\theta_i, et non du temps.

Quelle relation de Koistinen et Marburger décrit la fraction massique transformée yy ?

y=1−exp⁡[−k(Ms−θi)n]y=1-\exp[-k(M_s-\theta_i)^n], avec kk et nn des coefficients expérimentaux.

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