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INTRODUCTION
Les alliages à base de fer présentent une grande diversité. Leur grande particularité est la possibilité de se présenter à l’équilibre sous deux formes différentes fer-graphite et fer-cémentite. L’étude des deux diagrammes d’équilibre associés à ces deux formes permet de déterminer la nature et les caractéristiques cristallographiques des phases en présence à toute température. Certaines données quantitatives sont toutefois à retenir avec précaution, de par la présence dans les aciers industriels d’éléments d’addition (manganèse, aluminium) ou d’éléments présents naturellement (silicium, phosphore). La teneur au carbone détermine les propriétés mécaniques d’un acier au carbone, par variation des constituants micrographiques qui sont la ferrite, la cémentite et la perlite. De même, la taille des grains s’avère un paramètre qui impacte fortement la limite d’élasticité et la résistance à la rupture des aciers.
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- Version courante de oct. 2023 par Thibault FOURCADE
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I - Importance et particularités des alliages « fer-carbone »
Le fer, métal de base
De tous les métaux, le fer est, de loin, celui qui est le plus utilisé, non pas à l’état pur mais comme métal de base d’un nombre considérable d’alliages. La plupart de ces alliages dérivent du système binaire « fer-carbone », et leur constitution est donnée par le diagramme d’équilibre correspondant. Mais ce diagramme d’équilibre est en fait double, car il traduit la particularité exceptionnelle de ces alliages à pouvoir se présenter, à l’équilibre, sous deux formes : « fer-graphite » et « fer-cémentite », suivant que le carbone est à l’état libre ou à l’état combiné dans le fer. C’est une première raison à l’extrême diversité des alliages à base de fer et des produits qui en résultent.
La seconde raison à cette diversité est que certains alliages de ce système présentent, en état hors d’équilibre, la propriété d’acquérir un durcissement selon un mode qui leur est particulier.
Enfin, la constitution et les structures des alliages fer-carbone peuvent être modifiées par l’adjonction d’autres éléments d’alliages (tels que Ni, Cr, Mo, W, V, Ti, Nb...), ce qui accroît encore la possibilité de diversifier les produits résultant du système de base, et donc d’adapter les caractéristiques à des besoins très variés exprimés par les utilisateurs de ces produits et d’abord, parmi ceux-ci, les entreprises de construction mécanique.
Pour ces raisons, on notera :
- l’importance des formages mis en œuvre ;
- la particularité et la complexité de leur métallographie ;
- la diversité offerte par les produits.
Par ailleurs, les alliages fer-carbone méritent une attention spéciale.
II - Constitution des alliages « fer-carbone »
Domaine d’existence des différentes phases - Le diagramme d’équilibre...
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