Présentation
Auteur(s)
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Annick POKORNY : Assistante à l’Université de Metz
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Jean POKORNY : Ingénieur de l’École Centrale des Arts et Manufactures, Docteur-Ingénieur
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Lire l’articleINTRODUCTION
La qualité d’un alliage métallique, c’est-à-dire son aptitude à satisfaire un certain nombre de propriétés, de transformation et d’usage, dépend de plusieurs facteurs, dont sa structure physico-chimique. Celle-ci comprend la macrostructure (structure primaire corroyée ou non), héritée des phénomènes de solidification et de transformation et la microstructure (structure secondaire, modifiable par traitements thermiques, mécaniques, chimiques, etc.), qui confère au métal sa dureté ou ténacité finale.
La macrostructure constitue une hétérogénéité chimique d’éléments en solution (ségrégations) ou d’éléments hors solution. Ces derniers forment des phases séparées, insolubles dans la matrice métallique dès avant la solidification. Ces phases sont des composés chimiques des métaux composants et de certains métalloïdes, en général oxygène, soufre, azote, pour les alliages ferreux. Elles restent insolubles dans l’acier solide et constituent une hérédité tout au long de la vie de la pièce mécanique.
La microstructure peut aussi comporter ces mêmes phases séparées (précipités), mais plus fines et plus dispersées, solubles par certains traitements thermiques au même titre que grains et phases classiques des aciers.
Les oxydes et les sulfures sont depuis fort longtemps considérés comme des substances étrangères et nocives ; ce sentiment est certainement fondé pour les inclusions de grande taille, visibles à l’œil nu (jusqu’à un diamètre de 0,1 mm), mais comme tous les aciers contiennent des inclusions de toutes tailles, jusqu’à quelques nanomètres, et que certaines sont utiles, on doit admettre leur présence, étudier leur nature et leurs comportements, contrôler au mieux leurs paramètres physico-chimiques, géométriques et topographiques.
Étant donné que la connaissance de la teneur en oxygène, soufre et autres éléments est insuffisante pour prévoir les propriétés des aciers, on examinera successivement la nature des inclusions, leur origine, leur répartition, nature et morphologie, leur distribution, leur comportement pendant la transformation de l’acier et pendant leur utilisation.
Comme il est d’usage dans la profession, les teneurs en éléments sont des teneurs massiques.
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- Version archivée 1 de janv. 1985 par Annick POKORNY, Jean POKORNY
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2. Genèse des inclusions
Les inclusions peuvent se former avant ou pendant la solidification ; certaines apparaissent dans le métal solide. Lorsqu’elles se forment à partir des éléments habituels de l’acier, on parle d’inclusions endogènes. Si des composés chimiques parviennent de l’extérieur, c’est alors une pollution accidentelle, il s’agit d’inclusions exogènes ; ces dernières réagissent au moins en partie avec le métal pour donner des inclusions mixtes.
Les époques et endroits de formation des inclusions sont schématisées sur la figure 7.
2.1 Formation endogène
Les inclusions se forment successivement :
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au moment de l’introduction des éléments épurants (le fer seul donne déjà des inclusions de FeO et FeS) ; ce sont des inclusions primaires ;
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lors de l’intrusion d’un élément polluant ;
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pendant le refroidissement du métal ou lors de l’apparition de dendrites par diminution de la solubilité des éléments ; ce sont alors des inclusions secondaires.
Les diagrammes d’équilibre indiquent cette tendance, mais celle-ci ne se concrétise que par sursaturation en éléments réactifs, permettant d’abord la germination puis la croissance des inclusions.
HAUT DE PAGE2.1.1 Formation dans l’acier liquide
Ce sont principalement les oxydes qui apparaissent, au moment de l’addition des désoxydants (Mn, Si, Al, Ca, etc.), ou par réoxydation volontaire (pendant la coulée des aciers non calmés), ou involontaire (aciers avec Al, Cr, etc.) (figure 8).
-
Lors de l’adjonction d’un désoxydant (métal ou alliage), la formation des inclusions s’effectue en plusieurs étapes.
a ) La dissolution du désoxydant crée localement une sursaturation.
b ) La germination de la phase oxyde suppose une sursaturation suffisante pour induire une germination homogène, ou une sursaturation plus faible pour une germination hétérogène (par épitaxie sur des particules existant dans l’acier liquide) ; pratiquement...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CASTRO (R.) - Les inclusions non métalliques dans l’acier. - Cours du CESSID Metz 1969.
-
(2) - ALMAND (E.) - Influence de faibles additions de sélénium sur les caractéristiques transversales des aciers de construction. - Rev. Met. (F) 1969 p. 749-62.
-
(3) - PLÖCKINGER (E.), WAHLSTER (M.) - Untersuchungen über die Bildung und Ab-scheidung von Desoxydationsprodukten. - Stahl u. Eisen (D) 80 1960 p. 659-69.
-
(4) - OLETTE (M.), HENRY (J.), GATELLIER (C.), BIENVENU (Y.), FRITSCH (J.) - Désoxydation et désulfuration de l’acier par les éléments alcalino-terreux Ca et Ba. - CIT du CDS (F) 1978 p. 1183-237.
-
(5) - CARNEY (D.J.), RUDOLPHY (E.C.) - Inclusions in Steel from Pouring Refractories. - Trans. AIME J. of Metals (USA) 1954 p. 1391-96.
-
(6) - POKORNY (A.), POKORNY (J.) - Album...
NORMES
-
Produits sidérurgiques. Méthodes de détermination de la teneur en inclusions non métalliques des aciers corroyés. Partie I. Méthodes macroscopiques. - NF A 04-105 - 10-86
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Produits sidérurgiques. Méthodes de détermination de la teneur en inclusions non métalliques des aciers corroyés. Partie II. Méthode micrographique à l’aide d’images types. - NF A 04-106 - 9-84
-
Produits sidérurgiques. Méthode micrographique de détermination de la teneur en inclusions non métalliques du fil machine en acier non allié. - NF A 04-107 - 05-80
-
Produits sidérurgiques. Caractérisation de la forme des sulfures des aciers à usinabilité améliorée, à l’aide d’images-types. Méthode micrographique. - NF A 04-108 - 06-86
-
Produits sidérurgiques. Caractérisation de la forme des sulfures des aciers de décolletage à l’aide d’images-types. Méthode micrographique. - NF A 04-115 - 07-87
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Produits en acier. Examen macrographique par impression aux sels d’argent et à l’acide sulfurique. Méthode...
ANNEXES
PIOT (D.) - Prévision de la distribution des durées de vie en fatigue de roulement à partir des caractéristiques mécaniques et inclusionnaires de l’acier. - 2000. INSA Lyon.
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