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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2. Limite d’élasticité des principales nuances microstructurales
Les constituants de la microstructure à la température ambiante des aciers au carbone et des aciers pour traitement thermique dépendent de la teneur en carbone, de la teneur en éléments d’addition, de la vitesse de refroidissement et de l’état microstructural avant refroidissement (taille de grain, écrouissage résiduel, éléments précipités ou en solution solide...). Nous résumons ci-après les caractéristiques mécaniques en traction des principales nuances microstructurales de ces aciers. Le cas des aciers inoxydables [23] sera traité au paragraphe 3.5.
2.1 Nuances ferritiques et ferrito-perlitiques
Au cours d’un refroidissement à vitesse lente (inférieure à quelques dizaines de oC /s), l’austénite des aciers au carbone se décompose en un mélange de ferrite proeutectoïde et de perlite (figure 3). La fraction volumique de la ferrite varie de 100 % dans les aciers extra-doux (teneur en carbone inférieure à 0,05 %) à 0 % dans les aciers à 0,8 % de carbone. Lorsque la teneur en carbone est supérieure à 0,8 % en masse (aciers hypereutectoïdes), la phase proeutectoïde est la cémentite. Cette teneur limite est fonction des éléments d’addition, en particulier du chrome.
Dans les aciers extra-doux, les grains de ferrite sont équiaxes, de taille d’autant plus petite que la vitesse de refroidissement est plus rapide et que la taille de grain de l’austénite avant transformation est plus petite. Notons que, dans ces aciers, le carbone en solution solide dans la ferrite à la température de transformation est précipité sous forme de cémentite (carbure de fer, Fe3C) pendant le refroidissement à la température ambiante (figure 4).
La perlite est un mélange de ferrite et de cémentite qui se forme par germination simultanée des deux phases lors de...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MASAMURA (R.A.), HAZZLEDINE (P.M.), PANDE (C.S.) - Acta. metall. mater. - vol 43, no 9, p. 3349-3360 (1998).
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(2) - THOMAS (B.) dans Lacombe (P.), Baroux (B.) et Beranger (G.) - Les aciers inoxydables. - Les Éditions de Physique, chap. 1.3, 1016 p. (1990).
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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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(5) - PICKERING (F.B.) - Constitution and properties of steels (Structures et propriétés des aciers). - Materials Science and Technology. vol 7, 824 p. (chapitre 3).
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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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PICKERING (F.B.) - Constitution and properties of Steels (Structures et propriétés des aciers). - Materials Science and Technology. Vol. 7, chap. 3.
SHEWMON (P.G.) - Transformations in metals (Transformations dans les métaux). - 394 p. McGraw-Hill, New York (chapitre 6).
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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