Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les traitements thermiques permettent d'associer à chaque type de structure métallurgique des caractéristiques favorisant la mise en forme et les propriétés d’emploi final. Cet article expose les données thermodynamiques et cinétiques liées au traitement thermique et les éléments liés au durcissement. Il présente également les problématiques de prévision et de dispersion des résultats. Ces bases métallurgiques sont utiles pour le choix du traitement adapté au besoin.
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Yves DESALOS : Ingénieur civil des Mines, Docteur ès sciences - Expert Métallurgie-Traitements RENAULT SA
INTRODUCTION
Les articles introductifs et ont montré que l’on sait associer à chaque type de structure métallurgique après traitement un ensemble de caractéristiques plus ou moins favorables soit à la mise en forme, soit aux propriétés d’emploi final.
Les exemples de traitements thermiques, tirés notamment des grandes familles d’alliages les plus utilisées et résumés dans l’article , suffisent à nous convaincre de la très large variété de structures et de propriétés d’emploi qu’ils permettent avec des cycles thermiques relativement simples (quelques heures, à quelques centaines de degrés Celsius, dans des atmosphères neutres ou réductrices assez faciles à industrialiser).
S’agissant de transformations à l’état solide sensibles aux faibles additions (faibles fractions volumiques précipitées, relations cristallographiques très locales, rôle important des ségrégations aux joints de grains...), on perçoit bien la nécessité de disposer de données thermodynamiques, pour prévoir les phases possibles à l’équilibre, et de données cinétiques pour suivre lors de cycles raisonnables les degrés d’avancement des différentes diffusions pour les éléments critiques de la composition nominale de l’alliage.
Au plan thermodynamique, un certain nombre de notions semble plus particulièrement importantes à approfondir : l’activité et le potentiel chimique, les diagrammes de phases et les données cristallographiques correspondantes, les produits de solubilités des précipités essentiels...
Au plan cinétique, il faut évidemment disposer de données diffusionnelles pour les phases concernées par le système étudié, de vitesses de coalescence ou de redissolution des précipités au profit de nouvelles phases, de diagrammes schématisant les cinétiques de transformation allotropique ou de précipitation...
Ces bases métallurgiques existent évidemment dans tous les ouvrages de métallurgie générale, mais seront plus précisément recentrées dans cet article autour des traitements envisagés.
Parallèlement au choix pratique des conditions de traitement se pose aussi la question de la dispersion des résultats attendus, dispersion liée autant aux dispersions opératoires qu’aux inévitables ségrégations de l’alliage.
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Thermodynamique et cinétique des évolutions de phases à l’état solide4. Conclusion
Après avoir recensé dans un certain nombre de traitements thermiques par leurs principales finalités métallurgiques et en avoir donné des exemples dans différentes familles d’alliages économiquement importantes (aciers, aluminium, cuivre, titane, superalliages), nous avons cherché à remonter aux principes métallurgiques de ces opérations et aux relations structure-propriétés qui les guident.
Les transformations allotropiques et ses variantes (transformations par diffusion ou de type martensitique) ainsi que la maîtrise des propriétés mécaniques par le contrôle de la morphologie et de la cristallographie de précipités de seconde phase sont la base des traitements thermiques institutionnalisés. Ces derniers constituent un jalon important dans la valorisation de tout alliage métallique soit parce qu’ils rendent possibles au niveau technique ou économique certaines opérations de mise en forme, soit parce qu’ils permettent une large palette de propriétés d’emploi après une même gamme d’élaboration.
Si les considérations thermodynamiques et cinétiques rappelées constituent une base explicative, il est important de connaître les diagrammes de transformation et les abaques de comportement au revenu qui capitalisent les expériences antérieures en matière de traitements industriels.
Un certain nombre de pièges métallurgiques sont également bons à assimiler, pour ne citer que l’incidence « disproportionnée » (vis-à-vis des conséquences en comportement mécanique) de certains éléments en très faible teneur, malencontreusement ou judicieusement ségrégés : traces de précipitation de phases fragilisantes, hydrogène, bore, éléments inclusionnaires, impuretés aux joints de grains... La manifestation de ces « effets surprenants » dépend étroitement de la composition complète de l’alliage et de son histoire thermomécanique depuis l’élaboration. On ne peut donc en connaître les limites que dans le cadre de chaque famille d’alliages, ce qui justifie pour le moins les articles ultérieurs spécifiques de la rubrique Traitements thermiques de ce traité.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GUILLET (L.), POUPEAU (P.) - Théorie des transformations à l’état solide - , Dunod 1973.
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(2) - BENARD (J.), MICHEL (A.), PHILIBERT (J.), TALBOT (J.) - Métallurgie générale - . MASSON Paris 1991.
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(3) - HAASEN (P.) - Physical Metallurgy - . North Holland Physics Publ. Amsterdam, 1983.
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(4) - PHILIBERT (J.) - La diffusion dans les alliages - . Les Aciers Spéciaux – Lavoisier – Techniques et Documentation, 1997.
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(5) - FOCT (J.), TAILLARD (R.) - Changements de phases à l’état solide - . Les Aciers Spéciaux – Lavoisier – Techniques et Documentation, 1997.
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(6) - BEGUINOT (J.), al - Principes de base du traitement thermique des aciers spéciaux - . Les Aciers Spéciaux – Lavoisier – Techniques et Documentation,...
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