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RÉSUMÉ
Les propriétés des métaux dépendent de leurs compositions, de leurs structures et des points de transformation des phases métalliques. La connaissance et la mesure de ces caractéristiques, objet de cet article, sont indispensables à l’optimisation des process de mise en forme et de traitement des matériaux métalliques qui déterminent leurs propriétés d’utilisation. L’analyse quantitative comprend la microanalyse par sonde de Castaing, l’analyse spectrométrique par étincelage et la mesure du taux d’austénite résiduelle par diffraction de rayons X. L’étude des points de transformation fait appel à la Calorimétrie différentielle à balayage, à la dilatométrie, ainsi qu’à la magnétométrie.
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Thomas MUNCH : Ingénieur ENSAIS - Agrégé en Mécanique, Saint-Louis, France
INTRODUCTION
Les propriétés d’emploi des alliages métalliques sont déterminées par la transformation par des traitements thermomécaniques. La maîtrise des effets de ces derniers et du pilotage de leurs procédés de transformation nécessite de connaître les microstructures et leurs évolutions.
Deux types de données permettent d’accéder à ces informations. Elles sont mesurées par deux catégories de méthodes :
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l’analyse des points de transformation physico-chimique : analyses thermique, dilatométrique et magnétique, ainsi que les méthodes de métallographie quantitatives ; elles sont décrites dans cet article ;
-
l’analyse des microstructures par microscopie optique ou électronique et techniques associées [M 91].
Les méthodes quantitatives permettent de déterminer les composants chimi-ques, mais aussi, dans une large mesure, les structures métallographiques présentes, ainsi que leurs proportions. L’équipement de laboratoire le plus répandu pour l’analyse des métaux est sans conteste le spectromètre à étincelle (spectrométrie à émission optique par étincelage, SEO). La mesure du taux d’austénite résiduelle après trempe des aciers est devenue accessible grâce à la technique de mesure par diffraction des rayons X.
L’analyse des points de transformation permet de construire le diagramme des phases, ou d’identifier les transformations de phase d’un alliage dont le diagramme est connu. La technique DSC (calorimétrie différentielle à balayage) et la dilatométrie tiennent, dans ce domaine, le haut du pavé. Les équipements actuels permettent souvent d’atteindre des températures de l’ordre de 1 500°C permettant, dans le cas de la DSC, d’identifier solidus et liquidus pour les aciers et bon nombre de métaux.
Les caractérisations métallographiques, thermiques et élémentaires des métaux débouchent sur l’optimisation de leurs procédés de fabrication, mais aussi, et surtout, sur l’optimisation de leurs performances et, au final, sur la maximalisation du produit, tant du point de vue technico-économique qu’environnemental.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1979 par Jean POKORNY, Annick POKORNY
- Version archivée 2 de janv. 1994 par Jean POKORNY, Annick POKORNY
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2. Analyse des points de transformation
Tout changement de phase physico-chimique dans les alliages, que ce soit, pour les aciers, la transformation α → γ, ou la formation et la dissolution de précipités, s’accompagne de la variation de propriétés physiques ou mécaniques. Les méthodes d’analyse thermique, dilatométrique, magnétique, de résistivité électrique sont parmi les plus commodes pour mesurer ces variations [P 1 205]. L’analyse optique permet, au moyen de certains dispositifs spéciaux, de suivre la cinétique de ces transformations (platines chauffantes).
2.1 Analyse thermique
Pour les mesures de température, le lecteur se reportera utilement à [R 2 590].
Les changements de structure physico-chimique s’accompagnent de réactions exothermiques ou endothermiques que l’on peut caractériser par l’enregistrement de la température ϑ en fonction du temps t.
Cette méthode est applicable à la solidification, contrairement à l’analyse dilatométrique qui n’est applicable qu’aux transformations à l’état solide.
Lorsque les réactions thermiques sont importantes, l’enregistrement direct température-temps convient ; si elles sont faibles, on emploie la méthode différentielle.
HAUT DE PAGE2.1.1 Analyse thermique directe
Le dispositif de mesure est essentiellement constitué d’un couple thermoélectrique noyé dans l’alliage que l’on chauffe puis refroidit. La figure 19 montre l’allure des courbes obtenues lors de la solidification d’un alliage binaire avec...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - GAUNKAR (G.V.P.), HUNTZ (A.M.), LACOMBE (P.) - Autoradiographie par le carbone 14 d’aciers trempés. - Metallography, 8, p. 257-263 (1975).
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(3) - UNDERWOOD (E.E.). - Quantitative stereology. - Addison Wesley (1979).
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(4) - SERRA (J.) - Introduction à la morphologie mathématique. - Cahiers du centre de morphologie mathématique de Fontainebleau, 3, École Nat. Sup. Mines de Paris (1969).
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(5) - LACOMBE (P.), MOUFLARD (M.) - Pellicules d’interférence sur Al, Fe, Cu. - Métaux, Corrosion, Industries n° 340 (décembre 1953), 75, 155-78 (1949).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Produits sidérurgiques – Méthodes de détermination de la teneur en inclusions non métalliques des aciers - NF A 04-105 - 1986
-
Fils machine en acier non allié d’usage général destiné au tréfilage – Examen de surface - NF EN ISO 16120 - 2017
-
Produits sidérurgiques – Détermination de la profondeur conventionnelle de trempe après chauffage superficiel - NF EN 10328 - 2016
-
Aciers – Détermination micrographique de la grosseur de grain apparente - NF EN ISO 643 - 2020
-
Outils et pièces mécaniques – Traitements de nitruration de pièces mécaniques et outillages en acier et en fonte grise - NF A 02-052 - 2021
-
Produits sidérurgiques – Détermination de l’épaisseur totale ou conventionnelle des couches minces durcies superficielles - NF A 04-204 - 2005
-
Microstructure des fontes - NF EN ISO 945 - 2019
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Leica Microsystems : microscopie https://www.leica-microsystems.com/fr/
Olympus : microscopie https://www.evidentscientific.com/fr/
Zeiss : microscopie https://www.zeiss.com
Perkin Elmer : DSC, TGA https://www.perkinelmer.com/
Setaram : DSC, TGA https://setaramsolutions.com/
TA Instruments : DSC https://www.tainstruments.com
GNR : spectrométrie, diffraction rayons X https://www.gnr.it/
Bruker : spectrométrie https://france-scientifique.fr/
Xstress : diffraction rayons X https://www.meliad-sas.com
HAUT DE PAGE1.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Metallography, Microstructure and Analysis https://www.springer.com
Traitements et matériaux http://traitementsetmateriaux.fr/
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