Caractérisation et Comportement des Matériaux Métalliques

Essais et Propriétés des Matériaux

Types de Tests et Propriétés Statiques

Types de tests pour caractériser les propriétés des matériaux : résistance à la traction statique, dureté et fluage.

Propriétés Élastiques et Essais de Traction

Quels sont les paramètres nécessaires au calcul de l'élasticité, obtenue à partir des essais de traction des matériaux ?

• Limite élastique : La contrainte maximale pour laquelle la théorie de l'élasticité est valide.
• Module d'élasticité (sigma / epsilon) ou tangente (thêta) : Paramètre fondamental de la théorie de l'élasticité, qui quantifie les contraintes à peine mesurables et les déformations mesurables sans retard excessif.

Fatigue et Résilience

Différences entre Essais de Dureté Rockwell, Brinell et Vickers

Justifier les différences entre les mesures obtenues dans un essai de dureté Rockwell et un test de Brinell ou Vickers :

• Rockwell (HRC) : Mesure directe de la différence de hauteur du comparateur (pré-charge et pleine charge). La mesure est définie par la profondeur et l'ampleur de l'empreinte produite par le poinçon.
• Brinell (HB) / Vickers (HV) : Mesure de l'impression générale produite par l'application de la charge. La dureté est calculée par la formule H = P / S (charge / surface de l'empreinte). C'est une mesure indirecte, calculant la dureté à partir de la surface de l'empreinte.

Influence d'une Entaille sur la Résistance du Matériau

Comment une entaille de fatigue (causée par une fissure de profondeur égale à la géométrie de l'entaille) peut influencer la valeur de la résistance du matériau ? La géométrie de l'entaille influence la mesure de la résilience, car la forme de l'échantillon induit l'énergie absorbée par la fracture. Il est également prouvé que l'éprouvette à entaille en V présente une ténacité plus faible (résistance aux chocs, absorbe moins d'énergie) que celle à entaille en U en raison de la concentration des contraintes. Si, en plus, il y a une petite fissure, le matériau sera plus fragile, c'est-à-dire de moindre résistance.

Paramètres Définissant le Comportement Plastique

Indiquer les paramètres qui définissent le comportement d'un matériau plastique :

• Allongement à la rupture : Défini par l'allongement atteint au moment de la rupture de l'éprouvette : A(%) = ((L(r) - L(0)) / L(0)) * 100.
• Striction : Définie comme une diminution proportionnelle de la section où la rupture a été localisée : Z(%) = ((S(0) - S(r)) / S(0)) * 100.

Analyse des Caractéristiques de Trois Matériaux

Le tableau ci-dessous illustre trois matériaux avec leurs caractéristiques. Justifier : a) Quel est le plus ductile ? b) Quel est le plus tenace ? c) Lequel présente la plus grande dureté ?

a) La solution est A car il a le plus grand allongement (301%).

b) La solution est A car il a une résistance à la traction élevée (390 MPa) et un allongement très élevé, indiquant une grande capacité à absorber de l'énergie avant rupture.

c) La solution est A. Selon cette définition, la plus haute dureté d'un matériau est donnée par le produit (résistance à la traction * allongement).

Séquence d'Application de Charge en Rockwell C

Pourquoi, dans l'essai Rockwell C, la séquence d'application de la charge de 150 kgf est de 10 kgf + 140 kgf ? Parce que dans tous les tests Rockwell, une précharge de 10 kgf est appliquée comme référence.

Limites de la Théorie de l'Élasticité à Haute Température

Quelles sont les causes qui empêchent d'appliquer la théorie de l'élasticité aux matériaux fonctionnant à haute température ? Un matériau, lorsqu'il travaille à haute température, subit un fluage. On ne peut pas appliquer la théorie de l'élasticité à un matériau lorsqu'il est soumis au fluage car il n'y a pas de période élastique bien définie ; la courbe de contrainte-déformation présente une pente très faible, indiquant un comportement plastique prédominant.

Précautions pour la Conception de Matériaux à Faible Ténacité

Indiquer les précautions à prendre dans la conception d'un matériau à faible ténacité. La ténacité subit une baisse soudaine de sa valeur lorsque la température descend en dessous de -10 degrés Celsius. Les matériaux doivent assurer un certain nombre de valeurs de résistance à la rupture (Rm) et d'allongement (A en pourcentage).

Paramètres Définissant le Niveau de Contrainte

Indiquer les paramètres dont dépend le niveau de contrainte choisi pour atteindre une durée de service donnée : les contraintes engendrées, le type de sollicitation, la fréquence et le nombre de cycles avant rupture.

Reconnaissance du Type de Service par l'Analyse de Fracture

Pouvons-nous reconnaître, à travers l'analyse d'une fracture de pièce, le type de service qu'elle a subi ? Oui. À l'extérieur de la zone de fracture, une zone fibreuse ou mate apparaît, qui sera plus grande si la ductilité du matériau est élevée, car cette zone indique l'énergie de rupture absorbée. À l'intérieur, la zone cristalline apparaît brillante, avec des dessins géométriques, où aucune énergie n'est absorbée et le matériau est devenu fragile. Par les dimensions de chacun des domaines, nous pouvons déduire le type de contrainte générée.

Paramètres Définissant l'Essai de Choc

Justifier les paramètres qui définissent le type d'essai de choc. Les principaux paramètres qui définissent l'essai de résilience sont :

1. La vitesse d'impact (V) du mouton-pendule, la hauteur de chute.
2. L'énergie cinétique (Ec) au point d'atteindre l'éprouvette.

Ces paramètres sont fonction des variables de l'essai au pendule (M, H ou alpha) par les expressions :

• V = racine (2 * g * h)
• E = m * g * h

Observation de Fracture et Ténacité

Expliquer s'il est possible de qualifier, par l'observation de la fracture, si un matériau présente une faible ou une haute ténacité. Si toutes les sections de fracture sont clairement différenciées, la fracture se présente de deux manières : une fracture cristalline brillante, avec des plans géométriques, et une fracture fibreuse. Les fractures de type cristallin sont obtenues avec une faible absorption d'énergie. Les fractures de type grisâtre, à texture fibreuse, montrent une plus grande absorption d'énergie et une meilleure résilience. La résilience est directement proportionnelle à l'énergie absorbée avant la rupture. Avec l'entaille en U, l'énergie absorbée est supérieure à celle de l'entaille en V, de sorte que leur résistance sera plus élevée. La résilience augmente également plus le rayon de fond d'entaille est grand, indiquant une haute ténacité et une zone ductile élevée.

Extrapolation des Valeurs de Ténacité

Justifier la possibilité d'extrapoler les valeurs de ténacité dans le domaine de température testé ci-dessous : Sur la corrélation de la résistance à la température d'essai pour les éprouvettes Charpy, il y a une forte baisse du niveau de résistance comprise entre 0 et -20 degrés Celsius, au point de présenter un comportement complètement fragile. La résilience augmente moins fortement entre ces niveaux et la pente augmente.

Corrélations entre Dureté et Propriétés de Traction

Justifier les causes des corrélations entre les essais Rockwell, Brinell et Vickers, avec les paramètres indicateurs de la résistance à la traction. Dans les trois essais, avec une augmentation de la dureté (HB, HV, HRC), la limite élastique (Re) et la résistance à la rupture (Rm) augmentent, et l'allongement (A%) diminue (et vice versa).

Avantages et Inconvénients des Essais de Dureté

Discuter des avantages et inconvénients entre les tests de dureté Rockwell, Brinell et Vickers.

• Brinell : Pour de grandes déformations et des matériaux souples. L'inconvénient est que la déformation élastique est moins perceptible dans ce type de test.
• Rockwell et Vickers : Pour les petites déformations et les matériaux les plus durs. Inconvénients : nécessitent une bonne préparation de surface et, pour Rockwell, une précharge.

Paramètre de Récupération Élastique en Rockwell

Mentionner le paramètre avec lequel on pourrait corréler l'inversion de l'aiguille du micromètre de la machine Rockwell lors de la suppression de la charge principale : Lors de la suppression de la charge sur le matériau, il est récupéré élastiquement, laissant une déformation permanente. Le paramètre est la récupération élastique.

Interprétation de la Ténacité par Observation de Fracture Charpy

Expliquer et interpréter la ténacité variable d'un matériau à partir de l'observation de la fracture dans un essai Charpy : Les fractures de type cristallin sont obtenues avec une faible absorption d'énergie. Les fractures de type grisâtre, à texture fibreuse, montrent la plus grande absorption d'énergie et la meilleure résilience.

Durcissement et Recuit des Métaux

Comparaison de Résistance entre Alpha-Fe et Gamma-Fe

Justifier pourquoi l'alpha-Fe (cubique centré) est plus résistant que le gamma-Fe (cubique à faces centrées). L'alpha-Fe (cc) a 4 systèmes de glissement, tandis que le gamma-Fe (cfc) en a 12, ce qui lui confère une plus grande capacité de déformation plastique.

Rôle des Dislocations dans le Durcissement

Justifier le rôle des interfaces et des dislocations dans le durcissement des métaux et alliages. Elles favorisent la déformation plastique qui confère de la ductilité aux métaux et alliages. Le mécanisme est que les atomes glissent un par un, occupant la position laissée vacante par le déplacement précédent.

Causes des Lignes de Glissement en Essai de Traction

Expliquer les causes des lignes de glissement observées en laboratoire lors de l'essai de traction par déformation. Les lignes de glissement dans les cristaux commencent à glisser sur les systèmes de glissement denses orientés à 45° par rapport à l'axe de traction.

Comportement des Grains dans une Structure Polycristalline

Justifier le fait que l'effort peut être concentré sur quelques grains d'une structure polycristalline. Dans une structure polycristalline, l'orientation des grains est aléatoire. Cela signifie que les grains peuvent être orientés dans n'importe quelle direction. Lorsque les efforts sont faibles, les premiers grains à glisser sont ceux dont l'orientation est proche de 45 degrés, et qui nécessitent peu d'effort pour maintenir cette orientation.

Retour à l'Aspect Brillant après Glissement et Polissage

Justifier pourquoi un métal retrouve son aspect brillant après glissement, suite à l'élimination de la rugosité de surface. Le polissage d'une pièce vise à éliminer la rugosité. Après glissement, l'éprouvette présente une surface rugueuse. Le ponçage de l'éprouvette dans une direction, puis en variant l'orientation de 90 degrés à intervalles réguliers pour éviter les discontinuités, suivi d'un polissage au tampon, permet de retrouver l'aspect externe original de la pièce et une surface lisse, comme au début de l'essai.

Corrélation entre Dislocations et Déformation Plastique

Expliquer la cause qui justifie que l'augmentation du nombre de dislocations est corrélée à la déformation plastique. La cause principale est la théorie de la propagation des dislocations. Cette théorie est basée sur le fait que l'effort provoque l'expansion des dislocations, laissant le déplacement d'un centre qui en génère un autre, répétant ainsi le cycle. Plus il y a de dislocations, plus le matériau subira de déformation plastique.

Influence des Affineurs de Grain sur les Pièces de Fonderie

Expliquer l'influence des affineurs de grain sur les caractéristiques de résistance des pièces de fonderie. Ils augmentent le taux de nucléation, facilitant la création de grains équiaxes plus petits.

Méthodes de Détermination de l'État de Contrainte

Décrire une méthode destructive et une méthode non destructive pour déterminer l'état de contrainte d'un matériau. La méthode destructive est l'attaque chimique par piqûres de corrosion sur les surfaces métalliques, qui est amplifiée aux points d'intersection des dislocations avec la surface du métal. La microdureté est une méthode non destructive.

Affinage de Grain comme Processus de Durcissement

Justifier les arguments qui classent l'affinage de grain comme un processus de durcissement. Aux bords des grains, les déplacements sont immobilisés dans leurs plans de glissement ancrés aux fronts montants des grains. Un grain fin (petit) limite considérablement la plasticité des monocristaux et, par conséquent, le comportement de l'alliage durci.

Conséquences de la Déformation Plastique et Indices de Durcissement

Conséquences de la déformation plastique des métaux et évaluation des indices de durcissement des alliages. Comme indicateur de la déformation plastique, le durcissement par déformation augmente : Le = (Lec/Leo) - 1. L'indicateur de durcissement intrinsèque sur les alliages déformés (l'allongement diminue) est a = 1 - (Ai/Ao). Le degré de durcissement intrinsèque de l'alliage déformé augmente (avec une augmentation de la limite élastique et de la résistance à la rupture).

Concept de Texture Cristalline

Concept de texture cristalline : C'est l'orientation préférentielle des directions cristallographiques sous l'application de certaines contraintes. Le choix de l'orientation de qualité dépend du type de structure cristalline et de la déformation plastique. Le degré d'orientation est fonction du degré de déformation atteint.

Maclage et Mécanismes de Durcissement

Jumelage (maclage). Le maclage est un mécanisme de durcissement qui renforce l'inhibition du glissement par écoulement plastique, par la partition des grains et le blocage des bords métalliques obtenus par des procédés de déformation.

Identification des Étapes de Recuit

L'identification de cette étape de recuit peut être identifiée par la diminution du durcissement résiduel, soit par le flux de chaleur dû à la diminution de l'énergie interne, soit par la mesure de la forme et de la dimension des grains.

Étapes du Recuit et Microstructure

Stades du recuit et microstructure. Il y a 3 étapes :

1. Restauration : Une légère diminution de la dureté sans changement de conformation.
2. Recristallisation : Désigne la perte des caractéristiques acquises lors de l'écrouissage et la reconstruction d'une structure polycristalline.
3. Grossissement du grain : Dilate le temps de traitement alternatif et abaisse légèrement les caractéristiques de résistance résultant du grossissement des grains.

Influence du Temps et de la Température sur la Recristallisation

Influence du temps et de la température sur la recristallisation. Le temps et la température de maintien sont corrélés de manière exponentielle inverse, la recristallisation étant plus sensible aux variations de température et d'écrouissage. L'écrouissage montre une corrélation inverse de type hyperbolique, influençant inversement le temps requis pour produire la recristallisation.

Effet des Variables sur le Temps de Recristallisation

L'augmentation de la déformation (écrouissage) et de la température de recristallisation agit dans le sens de réduire le temps nécessaire pour recristalliser toute la masse.

Conditions de Recuit et Taille de Grain Recristallisé

Pour les mêmes conditions de recuit et de déformation, un petit grain favorise un petit grain recristallisé, et vice versa.

Influence du Temps et de la Température sur le Grossissement des Grains

La taille des grains croît de façon exponentielle avec le temps de maintien et la température de recuit. Avec le temps, après recristallisation, l'écrouissage diminue et la température augmente (voir graphique).

Processus pour Réduire la Taille des Grains et l'Écrouissage

Un grain fin est obtenu après des processus de déformation successifs à des maxima élevés et une recristallisation sans étape de grossissement du grain.

Solidification et Microstructure

Différences entre Nucléation Homogène et Hétérogène

La nucléation hétérogène se produit lorsque le rayon critique de l'embryon est plus faible. Cette nucléation se forme attachée à la surface d'un noyau solide étranger dans la masse liquide. Des affineurs de grain sont utilisés. Dans la nucléation homogène, les noyaux sont formés de manière homogène, et des affineurs de grain sont également utilisés.

Conditions de Formation des Structures Dendritiques

Indiquer les paramètres ou les conditions qui facilitent la formation des structures dendritiques, qui caractérisent les pièces obtenues par solidification de métaux purs. Cela se justifie également par la croissance plus forte de l'embryon dans la direction préférentielle de la structure cristalline. La taille des dendrites dépend de la vitesse de refroidissement : plus la vitesse de refroidissement est élevée, plus les dendrites sont petites. La taille des dendrites sera réduite si des affineurs de grain sont utilisés. Le nombre d'embryons stables dépend de la vitesse de nucléation.

Zones de Grains Équiaxes

Indiquer les zones où il est le plus probable de trouver des grains équiaxes. Ce type de grain est distribué dans la zone centrale de la coulée et ils sont les premiers à se solidifier en raison de leur vitesse de refroidissement plus élevée.

Favoriser l'Isotropie des Coulées de Métal Pur

Comment pouvons-nous encourager l'isotropie des coulées de métal pur ? En ajoutant des affineurs de grain étrangers ou des pièces de base qui tendent à former des structures équiaxes. Une structure équiaxe est plus favorable à l'isotropie.

Conditions pour qu'un Noyau Étranger soit un Affineur de Grain

Expliquer les conditions pour qu'un noyau étranger agisse comme un affineur de grain. Il doit agir sur les grains dendritiques pendant la solidification pour former des grains équiaxes et réduire la taille des deux types de grains. Il doit permettre la nucléation hétérogène lors de la solidification des métaux. Habituellement, les éléments de transition forment des composés intermétalliques ou ioniques (carbures, nitrures, borures) qui doivent avoir une structure isomorphe et un rayon atomique pas très différent.

Identification des Phases d'un Alliage

Commenter brièvement les méthodes métallographiques utilisées pour l'identification des phases existantes et les températures auxquelles elles sont stabilisées :

• Les observations sont réalisées à température ambiante, en principe, pour les phases stables à cette température. Il est possible d'effectuer une trempe à partir de la température observée précédemment, à condition que cela n'entraîne pas d'autres changements de phase.
• La microscopie avec platine chauffante peut également être utilisée pour les observations à haute température.
• Microdureté : Permet de quantifier les caractéristiques de résistance à température ambiante.
• Diffraction des rayons X : Identifie la stabilité des phases par comparaison des caractéristiques du spectre obtenu.

Limites de l'Alliage Interstitiel

Justifier les raisons pour lesquelles les métaux ne peuvent pas toujours s'allier totalement interstitiellement, ou pourquoi la solubilité solide est limitée. C'est parce que les atomes doivent être de taille très petite pour s'insérer dans les interstices (les atomes de taille similaire ne rentrent pas dans les interstices).

Problèmes de Chauffage d'un Alliage Moulé

Prévoir les problèmes que nous pouvons rencontrer en chauffant un alliage en dessous, et à proximité, de la ligne de solidus, si cela a été obtenu par moulage avec un taux de refroidissement élevé : ségrégation dendritique et ségrégation de phases par liquation.

Phénomène de Ségrégation Dendritique

Expliquer le phénomène de ségrégation dendritique. Le refroidissement rapide hors d'équilibre génère une plus large gamme de température à laquelle les liquides et solides sont présents en même temps. La solidification finale se produit à une température inférieure à celle prévue par le diagramme d'équilibre. Le dernier liquide à se solidifier aura une plus forte concentration de métal avec le point de fusion le plus bas. Plus la vitesse de refroidissement est élevée, plus les effets mentionnés sont prononcés.

Coring (Ségrégation)

Décrire le coring (ségrégation) : la différence de concentration des composants dans les couches successives du cœur vers l'extérieur d'un grain monophasique. Le cœur du grain est plus riche en composant de base à point de fusion élevé, et la croûte est plus riche en composant à point de fusion plus bas.

Caractéristiques de la Ségrégation

Les structures ségrégées ne sont pas adaptées à des fins industrielles. Les joints de grains peuvent agir comme un plan de faiblesse, car la ségrégation agit comme un effet de matrice ou d'absence de grains. Leur cause principale est le manque d'homogénéité, ce qui affecte les propriétés physiques et mécaniques, et, dans certains cas, une sensibilité accrue à la corrosion intergranulaire, due à une attaque préférentielle dans un milieu corrosif. La structure ségrégée présente des caractéristiques mécaniques (Rm) inférieures à celles d'une structure standard.

Recuit d'Homogénéisation

Recuit d'homogénéisation : la pièce est introduite dans le four, chauffée à la température d'homogénéisation et ensuite refroidie.

Caractéristiques de Résistance après Recuit d'Homogénéisation

Indiquer les caractéristiques de résistance obtenues après un recuit d'homogénéisation dans une structure ségrégée : La phase ségrégée maintient une dureté invariante et donc sa composition. La phase primaire subit une diminution progressive de la microdureté, ce qui signifie un enrichissement en métaux à bas point de fusion de la phase distincte.

Causes et Lois de la Diffusion des Métaux

La diffusion des métaux se produit dans n'importe quel état et est soumise à la diffusion d'atomes ou de molécules des régions de haute concentration vers les régions de basse concentration. La diffusion est causée par le mouvement désordonné de nombreux atomes. Si un grand nombre d'atomes sont impliqués dans ces mouvements, ils produisent un flux directionnel systématique le long du gradient de concentration.

Lois régissant les phénomènes de diffusion :

• Loi de Fick (1) : Le flux d'atomes est proportionnel au gradient de concentration et est entraîné dans le sens inverse du gradient de concentration.
• Loi de Fick (2) : La variation de la concentration dans le temps est une fonction directe de la dérivée spatiale du gradient de concentration.

Microstructure du Constituant Eutectique

Comment cela affecte-t-il le comportement mécanique des alliages ? Elle est identifiée par l'uniformité macrostructurale. Au niveau microstructural, des phases lamellaires alternées sont présentes. Le durcissement maximal est observé précisément à la composition eutectique et diminue à mesure que l'on s'éloigne de la composition eutectique vers celle du métal pur.

Éviter et Corriger l'Effet de Coring

Comment éviter l'effet de coring (ségrégation) dans un alliage qui a un large éventail de solidification ? Comment peut-il être corrigé ? Nous pouvons aider à diminuer la vitesse de refroidissement ou utiliser un moule avec un recuit d'homogénéisation. C'est la méthode la plus correcte.

Possibilité de Ségrégation Dendritique dans un Alliage Eutectique

Justifier la possibilité que la ségrégation dendritique apparaisse dans un alliage de composition eutectique. La ségrégation dendritique peut se produire par un refroidissement rapide.

Caractéristiques de Résistance d'une Structure Ségrégée

Justifier les caractéristiques de résistance d'une structure qui présente une ségrégation dendritique. Les structures ségrégées sont dues au manque d'uniformité en ce qui concerne les propriétés physiques et mécaniques, et, dans certains cas, une sensibilité accrue à la corrosion intergranulaire due à une attaque préférentielle dans un milieu corrosif. La structure ségrégée présente des caractéristiques mécaniques (Rm) inférieures à celles d'une structure standard.

Microstructure des Alliages Hypoeutectiques

Microstructure des alliages hypoeutectiques : des grains de phase primaire sont immergés dans la structure biphasique de l'eutectique.

Microstructure des Alliages Hypereutectiques

La microstructure hypereutectique est similaire à celle des alliages hypoeutectiques, avec le remplacement de la phase primaire par une phase différente (par exemple, la phase riche en Cu de la base hypoeutectique par la phase riche en Ag hypereutectique).

Transformations et Traitements Thermiques

Transformation Martensitique : Justification et Similarités

Il s'agit d'un processus de durcissement des alliages qui présentent une transformation allotropique. C'est le cas des aciers à base de fer. Pour réaliser cette transformation, il faut utiliser un processus de trempe qui consiste à chauffer l'acier à une température supérieure à 723 °C pour que les constituants de l'acier (ferrite et perlite dans le cas des aciers hypoeutectoïdes ; perlite et cémentite dans le cas des aciers hypereutectoïdes) se transforment en structure austénitique.

Paramètres de Résistance de l'Acier Martensitique

De quels paramètres dépend la résistance de l'acier martensitique ?

• La vitesse de refroidissement lors de la trempe.
• La teneur en carbone et en éléments d'alliage dans l'acier.
• La taille de grain.

Nécessité du Traitement de Revenu après Trempe

Pourquoi est-il nécessaire d'appliquer un traitement de revenu après trempe à la transformation martensitique ? Parce qu'après la trempe de l'acier et la transformation martensitique, l'acier présente des propriétés statiques très élevées mais des propriétés dynamiques très faibles, dues aux fortes contraintes internes créées dans les cristaux.

Vitesse Critique de Trempe

Définir le concept de vitesse critique de trempe. De quels paramètres dépend-elle ? C'est la vitesse minimale de refroidissement nécessaire pour qu'une masse d'austénite soit transformée intégralement en martensite. Elle dépend de la taille de grain et des éléments d'alliage des aciers.

Conditions de Dureté Non Atteinte (M+R)

Dans quelles conditions, après austénitisation et trempe, la dureté maximale n'est pas atteinte (100% de martensite), et des mélanges de martensite (M) et d'austénite résiduelle (R) sont observés ? Cela ne peut pas être atteint en raison de :

• La composition du matériau en carbone et en éléments d'alliage. Dans les alliages à haute teneur en éléments d'alliage, de l'austénite résiduelle est souvent présente après trempe.
• La taille de grain.

Causes d'Échec de Trempe Industrielle

Lors de la trempe de procédés industriels dans les aciers à 0,4% C, on commence à détecter une dureté inférieure à celle des pièces ayant subi un traitement correct. Une étude a été faite des pièces défectueuses et a déterminé : a) L'acier a une composition correcte. b) La microstructure de martensite est un mélange de 10-20% avec de la ferrite. Signaler et expliquer les causes de cet échec. La vitesse de refroidissement a été inférieure à la vitesse critique de trempe et un pourcentage de l'austénite a évolué sous forme de ferrite.

Obtention de Structure Martensitique à 100% par Refroidissement à l'Air

Comment obtenir une structure 100% martensitique en refroidissant à l'air une pièce d'acier ? Justifier. Si la vitesse critique de trempe est inférieure à la vitesse de refroidissement à l'air, ce qui peut être obtenu en ajoutant des éléments d'alliage à l'acier tels que Mn, Mo, Cr, Si ou Ni.

Différences entre Produits de Transformation Hypereutectoïdes et Hypoeutectoïdes

La différence entre la bainite hypereutectoïde et hypoeutectoïde réside dans leur composition en carbone.

Effets des Éléments Formant des Carbures sur les Courbes en S

Justifier les effets néfastes des éléments formant des carbures sur la position des courbes en S dans les aciers. Les éléments formant des carbures réduisent la trempabilité des aciers. Ils nécessitent une température d'austénitisation élevée pour atteindre leur dissolution totale. Si cette condition n'est pas remplie, des carbures non dissous subsistent, ce qui implique une diminution du pourcentage de carbone dans la masse austénitique et, par conséquent, une dureté martensitique inférieure. Cependant, ces éléments déplacent les courbes en S vers la droite, ce qui signifie que plus de temps est nécessaire pour que l'austénite se transforme, et donc la vitesse critique de trempe est réduite.

Éléments Déplaçant les Courbes en S des Aciers

Indiquer les éléments qui montrent les effets de déplacement des courbes en S des aciers : Mn, Mo, Cr, Si ou Ni.

Corrélation entre Diagramme TTT et Vitesse Critique de Trempe

Expliquer les corrélations qui peuvent soutenir le diagramme TTT (Transformation Température Temps) pour définir la vitesse critique de trempe : Si nous nous appuyons sur le diagramme TTT avec des courbes de refroidissement cinétiques à différentes vitesses, nous constatons que certaines de ces courbes coupent les domaines de transformation en bainite, ferrite + perlite, ce qui signifie qu'un pourcentage de l'austénite ne se transforme pas en martensite à ces vitesses. Mais il y en a d'autres qui ne coupent aucun de ces domaines et vont directement à la zone de transformation martensitique, ce qui fait que toute la masse de l'austénite se transforme en martensite. Parmi ces courbes, il y en aura une qui sera tangente à la courbe de transformation, appelée vitesse critique de trempe.

Processus pour Éliminer l'Austénite Résiduelle

Justifier les processus permettant d'éliminer l'austénite résiduelle dans les structures d'aciers alliés. Un traitement isotherme est nécessaire, qui permet à la martensite entourant l'austénite résiduelle de se déformer et de permettre la transformation de l'austénite en martensite, avec une structure plus volumineuse.

Classification et Applications des Alliages à Mémoire de Forme

Les alliages à mémoire de forme sont ceux qui, après un processus de fabrication, retournent à leur forme originale à une température déterminée. Les alliages Cu-Zn-Al, Ni-Ti, etc., sont caractérisés par :

• Une transformation martensitique réversible.
• Un taux de transformation martensitique de la déformation par maclage.

Applications : vannes ou fermetures qui nécessitent des matériaux dont les propriétés mécaniques peuvent varier avec la température.

Caractéristiques d'un Acier Allié après Trempe et Traitement Prolongé

Analyser les caractéristiques attendues d'un acier fortement allié qui, après trempe, est soumis à un traitement prolongé pour transformer l'austénite résiduelle. Si, après la trempe d'un acier fortement allié, nous appliquons un traitement prolongé pour éliminer l'austénite résiduelle, nous pouvons nous attendre à : la transformation de l'austénite en martensite, le revenu de la martensite qui améliore les caractéristiques dynamiques. Cependant, si le traitement est prolongé jusqu'au sur-vieillissement, avec la perte de carbone dans la martensite, les propriétés mécaniques seront alors perdues. En conclusion, plutôt que de produire une austénite transformée en martensite pour obtenir plus de résistance, nous aurons considérablement réduit les propriétés mécaniques de l'acier.