Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les diagrammes de phases ternaires, se représentant dans un espace à trois dimensions, sont les plus complexes qui puissent encore être représentés dans l'espace. Cette représentation tridimensionnelle permet de comprendre qualitativement des évolutions d’alliages, par exemple les chemins de solidification. Toutefois on fait souvent appel à des représentations planes, en bloquant des variables, plus faciles à interpréter.
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Jean HERTZ : Professeur émérite à l’Université Henri-Poincaré - Nancy I
INTRODUCTION
Dans l’article Diagrammes d’équilibre- Alliages binaires, consacré aux diagrammes de phases binaires, on a donné la définition des diagrammes de phases et montré que l’existence même de ces diagrammes était conforme aux prévisions de la thermodynamique chimique selon les théories de Gibbs. Le lecteur de cet article est invité à se reporter préalablement à l’article Diagrammes d’équilibre- Alliages binaires Alliages binaires avant d’aborder ce texte qui en constitue une suite logique.
Dans le cas des alliages binaires, il suffisait d’une seule variable de composition pour définir la composition chimique de l’alliage, avec cette variable en abscisse et la variable température en ordonnée, on pouvait obtenir une représentation graphique plane de l’équilibre de l’alliage. Dans les systèmes multiconstitués, le nombre de variables de compositions est supérieur à un. Les diagrammes de phases ternaires occupent ainsi un espace à trois dimensions ; à partir des systèmes quaternaires et au-delà, les diagrammes occupent des hyperespaces à plus de trois dimensions. Les systèmes ternaires sont donc les plus complexes qui puissent encore être représentés en leur totalité dans l’espace. Cette représentation tridimensionnelle présente un intérêt didactique pour comprendre qualitativement des évolutions d’alliages, par exemple les chemins de solidification, mais elle trouve très vite ses limites car elle n’est jamais quantitative et, par ailleurs, certains lecteurs éprouvent des difficultés à « lire dans l’espace ». Dans la première moitié du XX e siècle, on a fait un usage assez important de ces représentations spatiales et certains spécialistes étaient passés maîtres dans ce graphisme devenu quelque peu ésotérique. Aujourd’hui, la tendance est plutôt d’abandonner les perspectives cavalières et de bloquer un nombre suffisant de variables (ou d’imposer des conditions particulières), pour se ramener dans tous les cas à des représentations planes. On renonce donc à la vision globale du système, qui en toute hypothèse serait impossible au-delà de trois éléments. La possibilité de modéliser des équilibres multiconstitués à l’aide de logiciels thermodynamiques appropriés permet de travailler dans les hyperespaces contenant un nombre quelconque de variables et d’en extraire certaines représentations planes.
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Règle des phases de Gibbs en système ternaire1. Présentation générale
Rappelons qu’un diagramme de phases, en métallurgie, est une représentation graphique des phases présentes dans un alliage en fonction principalement de sa composition chimique et de la température de mise en équilibre. Dans certains cas de métaux volatils, il faut aussi tenir compte de la pression, mais on ne traitera ici que les cas où cette variable a peu d’influence sur l’équilibre des phases condensées, solides ou liquides. Pour les systèmes volatils, on considérera seulement les équilibres obtenus en volume clos sous la pression naturelle imposée par le système lui-même.
L’usage des diagrammes de phases en métallurgie est très général :
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en élaboration, le diagramme de phases indique les domaines d’apparition des phases recherchées ou à l’inverse des phases nuisibles pour certains usages et dont il convient d’éviter la formation ;
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en traitement thermique ou métallurgie de transformation, le diagramme de phases permet de déterminer les températures de recuit ;
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les diagrammes de phases permettent également une prévision du chemin de solidification en fonderie, lorsque le système ne présente pas trop d’écart à l’équilibre au cours du refroidissement.
Si le diagramme de phases ne concerne au sens strict que la description de l’état d’équilibre définitif, il est consulté même pour des traitements qui ne permettent pas d’atteindre totalement cet équilibre, en raison de cinétiques de transformations trop lentes. Dans ce cas, il n’apporte que des informations de tendance. Les diagrammes de phases des laitiers sont aussi très importants en métallurgie d’élaboration, car ils renseignent sur la fusibilité des mélanges d’oxydes ou de sels en contact avec le bain métallique. La lecture et l’interprétation des diagrammes de phases des laitiers ne diffèrent pas sensiblement de celles des alliages.
Dans cet article, on déduira de la règle des phases de Gibbs les conséquences d’une augmentation du nombre de variables de composition chimique. Par exemple les lignes conjuguées qui bordaient les domaines biphasés des alliages binaires Diagrammes d’équilibre- Alliages binaires deviendront...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PRINCE (A.) - Alloy Phase equilibria. - Elsevier Publishing Company. Library of congress Catalog number 65-13898. Une discussion richement illustrée des diagrammes de phases métalliques binaires, ternaires et quaternaires, 289 pages (1966).
-
(2) - ZERNIKE (J.) - Chemical Phase Theory. - Éditeurs : N.V. UITGEVERS-MAATSCHAPPIJ Æ. E. KLUWER – (Deventer-Antwerp-Djakarta). Un traité des diagrammes de phases multiconstitués en déduction de la règle des phases, 493 pages (1955).
-
(3) - * - ASM Metals Handbook Vol 8Metallography, Structure and Phase Diagrams (1974).
-
(4) - VILLARS (P.), PRINCE (A.), OKAMOTO (H.) - Handbook of Ternary Alloy Phase Diagrams. - 10 volumes parus dans la décennie 90. ASM International : ISBN 0-87170-525-7. Compilation de 7 380 systèmes ternaires, 3 317 diagrammes et données cristallographiques pour 7 050 systèmes. Présentation des diagrammes dans une forme normalisée. Également disponible en CD-ROM pour PC ou Macintosh.
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(5) - EFFENBERG (G.) Éditeur en Chef - Red Book. - ...
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