[PDF] Diagrammes de phases Alliages composé défini (ou phase

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Diagrammes de phases

Comprendre la microstructure des alliages

Alliage:

•Autrefois :

Ex. : bronze = métal (Cu) + métal (Sn)

acier = métal (Fe) + non-métal (C) •Maintenant : Ex. : rubis = monocristal d'alumine (Al2O3) + 0,05% Cr2O3

Si dopé

Alliages

Pourquoi ?

Grande majorité des matériaux = alliages

Alliages

Courbes de traction d'aciers au carbone

0,05 % C

0,20 % C

0,35 % C0,5% C1,05% C

0100200300400500600

700
800

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

s (MPa) e 900
1000
l'ajout d'1% de carbone modifie complètement les propriétés mécaniques

Diagrammes de phases

Comment

Quelle

Composants:

Composants et phases

Phase:

Système:

une phase une autre phase nature des composants concentration des composantsstructure cristalline structure amorpheEx. : système Fe-Ni, système SiO

2-Al2O3, ...

Exemples pour deux composants :

Gaz:

Liquides

Solides

Phases

eau + alcooleau + huile phases diluées phases condensées

C = 0,008% C = 0,8%

ferrite ferrite cémentite

C = 2%

ferrite graphite

1 phase2 phases 2 phases

Ex. : système Fe-C (= aciers et fontes) à Tambiante

2 composants mais3 phases possibles(ferrite, cémentite, graphite) à Tambiante

Solubilité

Solubilité

concentration (moyenne) en sucretempérature (°C) sirop sirop + sucre limite de solubilité

Solubilité

concentration (moyenne) en carbonetempérature (°C)0,008%0%ferrite ferrite + cémentite limite de solubilité eau sucre fer L L+S S

1S1+S2

20 °C

1 phase 2 phases100%0%

domaine de solubilité

1 phase 2 phases

Le sirop est une solutionde sucre dans

l'eau

La ferrite est une

solution solidede carbone dans le fer

Mélanges solides

Mélanges cristallins :

1) substitution

ex. : Cu-Sn phase ordonnée : composé défini(ou phase intermédiaire) (composition définie, ex. : Cu

3Sn, ...)

phase désordonnée : solution solide de substitution (soluté soluble) amas (soluté insoluble) // cas eau/sucre solvant soluté

Mélanges solides

Mélanges cristallins :

2) insertion

ex. : Fe-Csolvant soluté phase ordonnée : composé défini(ou phase intermédiaire) (composition définie, ex. : Fe

3C, ...)

phase désordonnée : solution solide d'insertion (soluté soluble) amas (soluté insoluble) // cas eau/sucre

Système à deux composants

Température

concentration en BAB

0% 100%

liquide a aliquide+ a : solution solidepas de limite de solubilité pas de limite de solubilité TfA

TfBSolubilité complète

Ex. : Ni - Cu

Au -Ag (électrum)

MgO - NiO

Al

2O3-Cr2O3

très rare pour polymères

1 seule phase solide

Composition des phases

ligne de conjugaison

T: température de l'alliage

c: concentration moyenne de B dans l'alliageAB

0% 100%

liquide a a liquide+ cLTca concentration de B dans la phase aconcentration de Bdans la phase liquide liquide de concentration c solution solide ade concentration cliquide de concentration cL(qui augmente lors du refroidissement) solution solide ade concentration c a(qui augmente lors du refroidissement) 1 2

3ligne de conjugaison

c 1 2 3

Proportion des phases

règle des segments inverses

Température

A B

0%100%

liquide a a liquide+ cLTcacProportion de liquide :Proportion de solide a : ab CL C acL c aC a= b a + ba c - c aCL= a + b= cL- ca cL- c= cL- ca

CL+ Ca= 1 = 100%Concentration en B

Diagrammes de phases

Un diagramme de phases

organisation des phases ?

Microstructure d'équilibre

Formation de la microstructure lors d'un refroidissement très lent ( à l'équilibre)

Température

A B

0%100%

liquide a a liquide+ cL1Tca1c liquide de concentration c liquide de concentration cL1 solide ade concentration ca1 ca2cL2 1 2 3 4 1 2 liquide de concentration cL2 solide ade concentration ca2 3 solide ade concentration c polycristallin

Diagramme eutectique

100%0%

Température

c A B liquide a aliquide

100%0%

Température

c A B liquide b b liquide+ A B miscibles immiscibles

Çdiagramme eutectique

Ex. : Ag -Cu

Pb -Sn

E= point eutectique=

trois phases en présence liquide, aet b) aet b: solutions solides 300
200

100300

200

100300

200
100

Température (°C)

c Sn PbSn

0%100%

a+ b L + a L + b L a bE

Tf(Pb)

T f(Sn) isotherme eutectiquelacune demiscibilité

Microstructure d'équilibre

Transformations de phases lors d'un refroidissement très lent 300
200
100

Température (°C)

c Sn PbSn

0%100%a+ b

L + a L + b L a b E L a L a a b b LL b L a+ b (constituanteutectique)a + b (composé eutectique) bprimaire beutectique

Phases intermédiaires

Si les deux composants forment un composé défini

Ex. : Al -Ca, Cu -Mg, MgO -SiO2 , ...

celui-ci peut se comporter comme un corps pur (Tfunique)

Çfusion congruente

Ex. : Al2Ca

EE Ca L

L + Ca

Al

2Ca + CaL

Al 2CaL Al2Ca Al4Ca

Al2CaAl4Ca+

AlL + Al

L + Al4Ca

composés définis : Al2Caet Al4Ca (composés intermétalliques) pas de solutions solides : •Al insoluble dans Ca •Ca insoluble dans Al

Phases intermédiaires

Autres exemples

Mg

Cu - Mg

diagramme eutectique diagramme eutectique diagramme eutectique EEE composé défini fusion congruente composé défini fusion congruente

0,02 %

0,008 %

Fe - C

diagramme eutectiquediagramme eutectoïde car toutes les phases sont solides diagramme péritectiquecomposé défini fusion congruente solution solide solution solide (aciers)(fontes)

Phases intermédiaires

Il peut exister des solutions solides intermédiaires xTi ss ss ss (hcp) ss cdcd ss+ cdss+ cdss+ cd ss+ lss+ l ss+ lcd+ lquotesdbs_dbs23.pdfusesText_29

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