Propriétés des matériaux :Les Traitements Thermiques

DUGUET Benjamin IFI 2007

PECOITS Matthieu Avril 2006

Modification des propriétés desmatériaux

Modification recherchée :

amélioration des propriétés mécaniques Propriétés intrinsèques des matériaux :

- difficilement modifiable- dépendent du type de liaison et de l’architecture atomique(quasiment insensibles aux défauts)- varient de façon continue en fonction de la compositiondu mélange

Propriétés extrinsèques des matériaux :

- dépendent des défauts inclus dans le matériau et de la microstructure- varient considérablement en fonction de la composition et des traitements qu’on lui applique (thermiques ou mécaniques)

Modification des propriétés desmatériaux

Les traitements thermiques

- faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés de chauffage et de refroidissement afin d'en améliorer les caractéristiques mécaniques :dureté, ductilité, limite d'élasticité, ...

Durcissement par transformation martensitique

Domaine austénitique, le fer a une structure cubique à faces centrées fer γ, sites interstitiels plus grands qu’en fer α .

Refroidissement rapide :

la matrice de fer est contrainte par les atomes de carbone

Durcissement

Passage de l’austenite àla martensite

Durcissement par transformation martensitique

Application d’une trempe afin « d’adoucir » le matériau.

Ce durcissement important provoque aussi des effets indésirables par exemple une augmentation de la fragilité du matériau

Durcissement par transformation martensitique

L’essai Jominy :Permet de déterminer la trempabilité d’un acier

-Essai normalisé.-Éprouvette cylindrique de 25mmde diamètre et de 100 mm de longueur.-Chauffée à la température d’austénitisation.-Refroidie sur la face terminale parUn jet d’eau.

Le refroidissement provoque la créationd’un gradient de température selonla génératrice de l’éprouvette.

Durcissement par transformation martensitique

Courbe Jominy

0

10

20

30

40

50

60

1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30 40 50

x (mm)

HR

C C38

38 CrMo 4

La dureté diminue dans le même sens que le gradient detempérature

Durcissement par transformation martensitique

L’effet du revenu :Diminution de la dureté et des contraintes thermiques internes Obtenues lors de la trempe pour améliorer la résilience.

L’essai de dureté VICKERS:

Bille en diamant à baseCarrée

Maintien de l’effortPendant 10 à 15s

Mesure de la diagonalede l’empreinte

Durcissement par transformation martensitique

Mesure l’énergie deRupture du matériau

Matériaux fragiles :Résilience faible

Matériaux ductiles :Résilience élevée

L’essai de résilience :

Durcissement par transformation martensitique

Influence du recuit

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 350 550 650

température de recuit

Rp0,2, Rm (MPa)

0

20

40

60

80

100

120

Résilience (J/cm²) et %

Dureté HV30

Rp0,2

Rm

A

Z

Resilience

Durcissement par précipitation

Principe :

But :

- Former des précipités, cohérents avec la matrice, quidéforment localement le réseau submicronique

- Augmenter les obstacles au mouvement des dislocations- Augmenter la limite élastique

Durcissement par précipitation

1 État initial

2 État mis ne solution Monophasé (stable)

3 État trempé Monophasé (instable)

4 État Revenu biphasé, fins précipités

Alliage biphaséPrécipités« gros » 

Durcissement par précipitation

Explication rapide du montage expérimental• Utilisation d’une seule éprouvette chauffée à des températures différentes• Un essai Brinell est réalisé à plusieurs endroits de l’éprouvette

on peut connaître la dureté en fonction de la température

Bille en acier ou enCarbure de tungstene.

Maintien de l’effortPendant 10 à 15s

Mesure de diamètre

L’essai de dureté Brinell :

Durcissement par précipitation

Durcissement par precipitation de l'alliage d'aluminium 7075

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

26 51 71 95 111 140 165 178 198 224

T(°C)

HB Aluminium 7075

La dureté varie selon la température de revenu, il y a un pic de revenu qui correspond à la taille optimum des précipités

Durcissement par transformation martensitique

La méthode de mesure Rockwell (HR)

Le principe de l’essai consiste à mesurer sous une charge de 100N, l’accroissement de la profondeur de l’enfoncement d’un poinçon lorsque après avoir appliqué une charge initiale 100N, une charge F est appliquée puis enlevée

Plus le matériau est dur, moins l’empreinte est profonde.

Durcissement par transformation martensitique

Observations :• Diminution de la résilience et de l’allongement

On augmente la résistance et la dureté, mais :• Diminution de la résilience et de l’allongement