Métallurgie, structure, réseaux, mailles, grains…

Si vous lisez ceci, c’est que probablement vous avez lu mes précédentes révisions.

La précédente parlait de la structure cristalline

Les révisions suivantes concernent :

  • les variétés polymorphiques,
  • la résistance des matériaux
  • et bien d’autres choses…

Nous n’en sommes encore que à l’introduction les amis mais ne me laissez pas tomber ça promet d’être intéressant 😉

1) Intro

Voici un exemple de macrographie:

On retrouve dans cette soudure:

MB ZAT ZL ZF ZL ZAT MB

  • MB = Métal de base
  • ZAT = Zone Affectée Thermiquemnt
  • ZL = Zone de Liaison
  • ZF = Zone Fondue

Je pense que c’est une soudure au procédé plasma vue la forme en clou. A confirmer.

Donc, Bonjour à tous

Je me suis acheté un petit bouquin sympa pour m’aider dans mes révisions compréhension sur la métallurgie donc pour ceux que ça intéresse ce bouquin s’appelle « Mémotech Structures Métalliques collection A Capliez de Casteilla » le code ISBN est 978-2-7135-3038″

le prochain achat sera « Le petit précis de Métallurgie édition Nathan code ISBN 978-2-09 179582-9″

Allez, on va commencer à mettre en place ce que j’ai vu cette semaine en cours…

2) L’effet Leidenfrost

On va donc commencer par l’effet Leidenfrost

Pourquoi parler de cet effet ? Tout simplement pour voir que lorsqu’on veux tremper un métal il ne faut pas seulement le mettre dans un liquide et le ressortir de-suite il faut aussi le remuer (ou l’y laisser) …

Maintenant parlons des différentes façon de refroidir :

  • Eau
  • Huile
  • Air

Parlons aussi du facteur temps : plusieurs possibilités (secondes, minutes…)

« Mais mais Michel! » allez vous me dire tu nous expliques pas grand chose là  »

Attendez je n’ai pas fini de mettre la trame en place 🙂

Rappelez vous que le fer est Cubique Centré à température ambiante mais que celui-ci n’est intéressant à travailler en soudure que lorsqu’il est allié à autre chose.

3) Caractéristique des aciers

Rappelez vous aussi que l’aciériste a optimisé le métal pour lui procurer des propriétés d’emploi satisfaisantes lors de la fonte, en lui rajoutant du carbone, manganèse ou tout autre poudre de pinlinperpin. Donc lors d’un apport brutal de chaleur des transformations d’ordre mécanique, métallurgique et chimique vont se produire dans cet arrangement particulier.

Les propriétés de ce métal seront:
  • la résistance mécanique,
  • la tenue à la corrosion,
  • la conductibilité électrique,
  • la conductivité thermique
  • et son coefficient de dilatation.

L’acier peut être observé selon 3 échelles liées et découlant les unes des autres:

  • l’échelle macrographique
  • micrographique
  • et cristalline.

4) Le réseau de Bravais

Et si on jouait avec des cubes? mais pas n’importe quels cubes 🙂 Ceux de ce bon Monsieur Bravais

Réseau de Bravais
Avec la petite vidéo qui va bien: Dislocation

Après ça, la récréation est terminée. On repart à écrire allez go 🙂

5) Edifice cristallin, réseau et mailles

Un métal est constitué par un arrangement régulier de ses atomes dans l’espace, il en résulte un « édifice cristallin » nommé réseau où se répète un arrangement élémentaire dans 3 directions de l’espace appelé maille. chaque métal présente un type de maille dépendant de sa nature et sa température et pression.

Les mailles que nous rencontrons le plus souvent sont les cubiques centrées et les cubiques à faces centrées.

Lorsqu’un acier est à l’état liquide et qu’il refroidit lentement jusqu’à la température ambiante lors de se refroidissement, des germes vont apparaître: ce sont des dendrites, elles se développent comme des petits arbres : c’est la germination .

Chaque germe donne naissance à un grain. La TAILLE du grain a une grande influence sur les caractéristique mécanique du métal. Le laminage affine les grains créant des fibres de laminage.

Je vous rappelle qu’un CC (cubique Centrée est composé de 8 atomes au centre desquelles se trouve prisonnier un neuvième atomes et que pour un CFC (Cubique Face centrée) il y a 8 atomes plus un atome supplémentaire à chaque faces soit 14 atomes.

Pour les structures CC, par exemple les matériaux dur comme le Chrome Cr, le Molybdène Mo …

Pour les structures CFC de maniére générale, les malléables, comme le Cuivre Cu, le Nickel Ni.

(les éléments alphagénes et Gammagénes 😉 )

attention : il existe chez les mous des éléments plus durs qui sont plus durs que les mous chez les plus durs ??? !!! ???

Bon, je vais tenter de vous expliquer la dernière phrase par un mauvais dessin :

>>>>> Hardness
pour CFC
__________X——————————-X
_____Pb/Alu/Al/Cu __________________ Ni

pour CC
______________________X——————————-X
_____________________ Fe___________________Cr/Mo

explications demander par ROC page 5 du forum nous allons faire une petite parenthèse

Les CFC sont mous et gammagène cependant le Ni (nickel) sera plus dur que le Fe (Fer) qui lui est C C et alphagène

Hardness en anglais traduit donnera Dureté 😉

en espérant que cela soit plus clair aprés j’aurais aimer vous en mettre plus mais j’ai préféré donner ceux que je connaissais

en espérant que je suis assez clair dans mon explication

en fait je vais essayer d’éclaircir encore « plus bien » que cela je ne l’ai pas encore aborder en cours ou plutôt légèrement survolé en faisant une petite recherche après ma première réponse j’ai trouver ceci http://www.metallocorner.net/elemdall.html

je vais faire un copier coller de certaines zones et je vous invite à aller voir tout de même le lien car il comporte des graphiques parlant.

I. Les éléments d’addition et la structure fer

En ce qui concerne la structure fer, il existe deux grandes catégories d’éléments d’addition qui influent tous deux sur le domaine austénitique :

l’une aura tendance à étendre le domaine g , on les appelle les éléments gammagènes tels que le nickel (Ni), la manganèse (Mn), ‘’le cobalt (Co)’’, le platine (Pt), l’osmium (Os) mais également le carbone (C), l’azote (N), le cuivre (Cu), l’or (Au), le zinc (Zn)…

L’autre aura tendance à rétrécir le domaine austénitique, on les appelle les éléments alphagènes tels que le chrome (Cr), le tungstène (W), le Molybdène (Mo), le vanadium (V) et le titane (Ti) mais également le soufre (S), le bore (B), le zirconium (Zr), le niobiom (Nb) et le césium (Ce).

La cause de l’influence d’un élément sur la structure du fer doit être recherchée dans la structure même de l’élément d’addition. Un alphagène qui, par définition, cristallise dans le système cubique centré, étendra la domaine ferritique a et inversement.

On remarquera dans certains ouvrages que le cobalt peut être aussi bien classé dans la famille des alphagène que des gammagènes, cela dépend de sa quantité au sein de l’acier.

Influences sur le diagramme fer carbone

Les éléments gammagènes abaissent la température du point eutectoïde, alors que les éléments alphagènes l’élève parfois considérablement (W, Mo, Ti : éléments carburigènes).

Les éléments d’addition, en général :

  • ralentissent la transformation de l’acier au chauffage avant trempe,
  • retardent ou empêchent la transformation perlitique au refroidissement,
  • entravent les effets d’adoucissement au revenu,
  • ralentissent les transformations lors des recuits.

Tous également, mis à part l’aluminium et le cobalt, déplacent les courbes T.T.T. et T.R C. vers la droite et améliore de ce fait la trempabilité et, par conséquent, les caractéristiques mécaniques. En résumé, l’addition d’éléments nécessite, lors des divers traitements thermiques, un temps de chauffe plus grand que dans le cas des aciers au carbones mais la trempe est facilité et la résistance à l’adoucissement lors du revenu est plus grande.

6) Les variétés polymorphiques

Alors chaque grain est constitué de millions d’atomes regroupés en un réseau cubiques : LES MAILLES

  • de 0 à 910°C, les mailles sont dites Cubiques Centrée (fer alpha) la frontière passera à 720° dés que l’on y ajoutera 0,022% de carbone
  • au delà , les mailles se transforment progressivement pour devenir cubiques à faces centrées (fer gamma)
  • Puis à 1394°, il redevient C C.
  • b]au delà de 1538°C[/b] à la température de fusion les atomes sont libres et n’ont plus la même cohésion .

Voir le diagramme de Roozeboom ou diagramme Fer-Carbone

7) Les définitions des termes barbares

  • La ferrite est du fer pratiquement pur elle ne renferme que 0,04% de carbone à 720°C
  • La cémentite est un carbure de Fer ou Fe3C
  • La perlite est un mélange de ferrite et de cémentite. Elle dissout 0,85% de carbone.
  • L’austénite est une solution solide de carbone dans le fer gamma, elle n’apparaît que au dessus de 720°C.

Comme je l’expliquais plus tôt le fer pur ne trouve pas ou très peu d’applications dans le soudage. Les caractéristiques mécaniques sont trop faibles. C’est donc sous formes d’alliages que nous trouverons les propriétés d’emplois les plus intéressantes.

Si l’on chauffe du métal, le fer par exemple, les atomes s’agitent de plus en plus (agitation thermique). les possibilités de mouvement dans l’édifice cristallin sont de plus en plus fortes et amènent les atomes à se déplacer. Ceci est la DIFFUSION. Cette agitation conduit à des phénomènes palpables qui sont la dilatation et les retraits régis par la température.

Nous avons la structure cristalline suivante pour les alliages de Fer+ Carbone =

FER ALPHA + CARBONE = FERRITE ALPHA

La ferrite alpha est un constituant des aciers à base de fer CC dans lequel le carbone est très peu soluble (0,02% au maximum)

FER GAMMA + CARBONE = AUSTÉNITE GAMMA

L’austénite est un constituant des aciers à base de fer CFC dans lequel le carbone est très peu soluble (elle dissout tout le carbone des aciers considérés comme soudable)

FER ALPHA OU GAMMA + CARBONE (à teneur dépassant la limite de solubilité) = SOLUTION SOLIDE + Fe3C

Dur et fragile le Fe3C est appelé Cémentite

Au refroidissement à la solidification l’arrangement des atomes en réseau va se produire en fabriquant une maille unitaire autour de laquelle d’autres mailles vont venir s’y ajouter pour construire l’édifice cristallin. Ce phénomène pourra se produire en différents sites dans le liquide. Phénomène dendritique évoqué plus tôt. A partir de ces sites, des grains vont se développer jusqu’à complète solidification. Et plus le nombre de mailles unitaires différentes sera important, plus il y aura des grains dans le métal solide.

La croissance des grains s’effectuera dans la direction d’écoulement de la chaleur. Si cet écoulement de chaleur est multidirectionnel, les grains seront équiaxes, par contre si la chaleur ne suit qu’une direction cela donnera des grains allongés (grains basaltiques). Concrètement dans une soudure, l’écoulement de la chaleur souvent orienté amènera des structures elles mêmes orientées.

Quelques liens intéressants:
http://nte.enstimac.fr/SciMat/co/SM3uc3-1.html

je vous rajoute ici encore un autre lien: 🙂
http://fr.wikipedia.org/wiki/Isotropie

Cela vous aidera à comprendre isotropes et anisotropes même si je vais ici faire un copier coller de la partie nous intéressante

Cristallographie :

Un milieu isotrope est un milieu dont les propriétés sont identiques quelle que soit la direction d’observation. Par exemple, les liquides ou les solides amorphes sont (statistiquement) isotropes alors que les cristaux, dont la structure est ordonnée et dépend donc de la direction, sont anisotropes. Ainsi certains minéraux possèdent une dureté différentes selon la direction dans laquelle a été effectué l’essai de dureté.

Résistance des matériaux

Un matériau est dit isotrope si ses propriétés mécaniques sont identiques dans toutes les directions. On considère généralement les métaux comme étant isotropes statistiquement, c’est-à-dire à l’échelle macroscopique. Cependant après certains procédés de fabrication comme le laminage ou le forgeage, un acier devient anisotrope. Le bois est par contre anisotrope : ses propriétés mécaniques dépendent de la direction d’application des contraintes en raison de sa constitution fibreuse. Un matériau présentant deux directions perpendiculaires pour ses caractéristiques est dit orthotrope. Les matériaux composites sont parfois volontairement rendus anisotropes par l’ajout de fibres pour améliorer leurs propriétés dans une seule direction.