Présentation
Auteur(s)
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Barry THOMAS : Ancien Chef du département Métallurgie structurale - IRSID - Centre de recherche Usinor
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Jean-Hubert SCHMITT : Ingénieur civil des Mines - Docteur ès sciences - Directeur du centre de recherches d’Isbergues - Usinor - Recherche et développement
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans un premier article sur le durcissement des aciers Durcissement des aciers- Mécanismes dans le présent traité, nous avons présenté les principaux mécanismes de durcissement qui s’appliquent à tous les alliages métalliques. La maîtrise s’en est développée au fur et à mesure que nos connaissances se sont affinées. Les applications sont très nombreuses et ont permis le développement de nouvelles familles d’alliages métalliques ayant des caractéristiques adaptées aux conditions de service de plus en plus sévères. Dans le domaine des métaux non ferreux, on connaît en particulier les remarquables propriétés des alliages légers, ainsi que l’amélioration sensible des caractéristiques à chaud des alliages réfractaires à base de nickel.
Le cas des aciers est assez remarquable en ce sens que l’existence de deux variétés allotropiques du fer — l’austénite et la ferrite — permet d’obtenir dans la microstructure divers constituants (ferrite, perlite, bainite, martensite...) qui possèdent des propriétés mécaniques intrinsèques très différentes. En agissant sur la composition et sur les conditions de transformation thermomécanique au cours de la fabrication des pièces en acier, le métallurgiste peut faire varier, dans une large mesure, les proportions relatives des différents constituants majeurs de la microstructure ainsi que leurs morphologies respectives. En outre, à l’aide de certains éléments d’addition, on peut provoquer la précipitation, à l’intérieur des constituants majeurs, de particules de deuxième phase qui contribuent au durcissement global de l’acier.
Dans l’article qui suit, nous examinerons tout d’abord les caractéristiques intrinsèques des principales nuances microstructurales des aciers en ce qui concerne leur limite d’élasticité à des températures voisines de l’ambiante. On donnera ensuite quelques exemples de l’application pratique des différentes méthodes de durcissement en fonction du domaine d’emploi des aciers.
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- Version courante de févr. 2017 par Thierry IUNG, Jean-Hubert SCHMITT
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1. Constituants microstructuraux des aciers
L’existence de deux variétés allotropiques du fer — l’austénite et la ferrite — permet d’obtenir dans les aciers une grande diversité de microstructures possédant chacune des propriétés mécaniques spécifiques. En agissant sur la composition et sur les conditions de traitements thermiques et thermomécaniques de transformation de l’austénite, le métallurgiste peut faire varier, dans une large mesure, les proportions relatives des différents constituants majeurs ainsi que leurs morphologies respectives. D’autre part, à l’aide de certains éléments d’addition, on peut provoquer, à l’intérieur des constituants majeurs, la précipitation de particules de deuxième phase qui contribue au durcissement de l’acier. Dans ce paragraphe, nous nous limitons à un bref rappel des principales phases chimiques qui existent dans les aciers avant d’aborder les caractéristiques mécaniques des configurations microstructurales que l’on rencontre le plus souvent dans les applications industrielles.
1.1 Phases majeures
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L’austénite, ou fer γ, de structure cubique à faces centrées, est la phase stable du fer pur entre 910 et 1 450 oC. Elle constitue également la phase stable des aciers au carbone et des aciers peu alliés dans lesquels le carbone est en solution solide sur un intervalle de température dont l’étendue dépend des teneurs en éléments d’addition. Les éléments gammagènes (Ni, Mn) élargissent le domaine de stabilité de l’austénite tandis que d’autres éléments (Si, Cr, Mo) dits alphagènes le rétrécissent. Il existe aussi un certain nombre d’aciers industriels fortement alliés dont la structure austénitique demeure stable ou métastable jusqu’à la température ambiante et au-dessous, en particulier les aciers inoxydables dérivant de la nuance Fe-18Cr-8Ni.
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De structure cubique centrée, la ferrite, ou fer α, est la phase stable du fer pur au-dessous de 910 oC ; elle constitue la phase principale à la température ambiante, après un refroidissement lent de tous les aciers au carbone dits doux ou extra-doux (teneurs en carbone inférieures à 0,3 % en masse). Elle est également la phase principale des aciers inoxydables ferritiques dérivant de la nuance Fe-17Cr. En revanche, lors du refroidissement rapide des aciers au carbone, la...
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - SLEESWYK (A.) dans Champier (G.) et Saada (G.) - Déformation plastique des métaux et alliages. - Masson, Paris, chap. 9, 317 p. (1968).
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(4) - SAADA (G.) dans Champier (G.) et Saada (G.) - Déformation plastique des métaux et alliages. - Masson, Paris, chap. 2, 317 p. (1968).
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(6) - ESTRIN (Y.) - Unified Constitutive Laws of Plastic Deformation, - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Texture analysis in materials science
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Aciers d’usage général....
ANNEXES
Références de l’article M 4 341
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ASHBY (M.F.) - JONES (D.R.H.) - Matériaux. - Tome 2 Dunod, chap. 11, 365 p. (1991).
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BAIRD (J.D.) - The effects of strain-ageing due to interstitiels solutes on the mechanical properties of metals (Les effets de vieillissement dus aux solutés d’insertion sur les propriétés mécaniques des métaux). - Metall. Rev. 16, p. 1-18 (1971).
DAVIES (R.G.) - Influence of martensite composition and content on the properties of dual-phase steels (Influence de la composition de la martensite et de sa teneur sur les propriétés des aciers dual-phase). - Metall. Trans. 9A, p. 671-679 (1978).
Ouvrages généraux
Dislocations et déformation plastique
FRIEDEL (J.) - Dislocations (Les dislocations). - Pergammon Press, Oxford, 491 p. (1964).
HIRTH (J.P.) - LOTHE (J.) - Theory of dislocations (La théorie des dislocations). - McGraw-Hill, New York, 780 p. (1968).
CHAMPIER G. - SAADA G - Déformation plastique des métaux et alliages. - Masson, Paris, 317 p. (1968).
PINEAU (A.) - FRANÇOIS (D.) - ZAOUI (A.) - Comportement mécanique des matériaux. - Éditions Hermes Paris, 2 tomes, 504 + 494 p. (1996).
Durcissement des métaux
KELLY (A.) - NICHOLSON (R.B.) - Strengthening methods in cristals (Méthodes de durcissement des cristaux). - Applied Science Publishing, Grande-Bretagne, 627 p. (1971).
KELLY...
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