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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Prévision et contrôle des états structuraux par traitement thermique2. Durcissement des alliages et relations générales structure - propriétés
La mise au point d’un alliage métallique peut répondre à différents besoins, notamment l’obtention de propriétés physiques particulières : faible dilatabilité (cf. alliages Fe-Ni de type invar), bonne conductivité (connectique), faibles pertes en courants alternatifs (tôles en alliage Fe-Si pour transformateurs), bonnes propriétés magnétiques (aimants permanents) etc.
L’optimisation technico-économique (performances, allégement, coûts) d’un bon nombre de pièces mécaniques justifie une amélioration de la résistance du matériau utilisé aux sollicitations cycliques, donc de la résistance mécanique pour une géométrie et un état de surface donnés. Les traitements thermiques d’emploi des alliages viseront donc souvent une amélioration de limite d’élasticité sans trop de perte de ductilité.
Pour durcir un alliage, on peut songer soit à l’écrouir, soit à optimiser sa structure.
L’écrouissage est généralement mis à profit pour des pièces dont la géométrie est bien adaptée à un certain type de mise en forme à froid et dont les conditions d’emploi ne passent pas par des températures activant la restauration de la structure.
Un bon exemple est fourni par les pièces tréfilées, notamment les torons pour câble ou armature de pneumatique, qui sont en acier à 0,7 %C et sont tréfilés (avec des traitements intermédiaires de restauration) jusqu’à de très forts corroyages leur conférant des résistances proches de 3 000 MPa.
L’optimisation de la structure peut passer de son côté par trois voies non exclusives :
-
une transformation allotropique permettant de viser une phase intrinsèquement performante (la martensite d’un acier de traitement thermique, par exemple) ;
-
des actions conjointes de durcissement d’une phase déterminée.
À ce dernier mode d’optimisation d’une structure peut être rattaché : l’affinement du grain, et la précipitation d’une quantité suffisante de particules très...
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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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