Solidification - procédés et simulation du moulage 1 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
MISE EN FORME DES MATERIAUX METALLIQUES
FONDERIE ET SIMULATION DU MOULAGE
-- Les diagrammes dLes diagrammes d’é’équilibre de phasesquilibre de phases-- Les principaux alliages de fonderieLes principaux alliages de fonderie-- Lois de la solidification des mLois de la solidification des méétaux et alliagestaux et alliages-- DDééfauts de fonderiefauts de fonderie-- Les procLes procééddéés de fonderies de fonderie-- Le contrôle du moulageLe contrôle du moulage-- la simulation du moulagela simulation du moulage
MASTER MAM
Solidification - procédés et simulation du moulage 2 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
PLAN DU COURSPLAN DU COURS
RAPPELS SUR LES DIAGRAMMES DE PHASES
Notions de solution solide - alliageConstruction et utilisation des diagrammes de phasesExemples de diagrammes
SOLIDIFICATION DES MÉTAUX ET ALLIAGES
Lois de la solidification : germination et croissanceStructures de solidification
LE MOULAGE Procédés de moulageContrôle du moulage : systèmes de remplissage et d’alimentation
LES BASES THÉORIQUES DE LA SIMULATION
Équations de conservationMéthode numériqueMaillage et discrétisation
Interface et menus Objet de la simulationLes étapes de la simulationLes processus simulés
ESSAIS DE SIMULATIONLOGICIEL DE SIMULATION « PAM-CAST »
Méthodologie, base de données, paramètresEssai completInfluence des paramètres de fonderieAnalyse des résultats
DÉFAUTS DE SOLIDIFICATION Origine des défautsRemèdes
PRINCIPAUX ALLIAGES DE FONDERIE
Alliages ferreux : fontesAlliages non ferreux : base Al, base Mg, base Cu, base Zn
Solidification - procédés et simulation du moulage 3 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
BIBLIOGRAPHIEBIBLIOGRAPHIE
SOLIDIFICATION
M.C FLEMINGS : Solidification processing ‒Mc GrawHill 1974
W. KURZ &D.J. FISHER : Fundamentals of solidification, Trans Tech Publications, 1998
F. DURAND : Solidification des alliages, École d’été Carry-Le-Rouet Ed de Physique, 1988
G. LESOULT : Solidification, Traité des matériaux métalliques MB1, Techniques de l’ingénieur, 2002
W. WINEGARD, Introduction à la solidification des métaux, Dunod, 1971
FONDERIE : PROCÉDÉS ET DÉFAUTS
Gilles DOUR : Fonderie : Alliages, procédés, propriétés, défauts - Aide mémoire - Dunod, 2004
Mise en forme et fonderie, Traité des matériaux métalliques MC1, MC2 et MC3, Techniques de l’ingénieur, 2002
Casting , ASM Handbook, vol 15
G. Facy, M. Pompidou : Précis de fonderie ‒ Ed Afnor
Recherche de la qualité des pièces de fonderie, Editions techniques des industries de la fonderie, 1986
H. LEBRETON : Défauts des pièces de fonderie, Eyrolles, 1956
Conception des pièces métalliques moulées, Afnor, 1993
TAYLOR, FLEMINGS ET WULFF : Foundry engineering, 1959
Solidification - procédés et simulation du moulage 4 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMMES D’EQUILIBRE
DES PHASES
Solidification - procédés et simulation du moulage 5 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
STRUCTURE GRANULAIRE DES METAUX
ELABORATION PAR FUSION ET SOLIDIFICATIONNOTION DE PHASE
À T > TfusionMétal liquide
À T < TfusionGermination
du solide
Une phase liquide Coexistence de deux phases- Une phase liquide- une phase solide
Germe
Cas d’un métal pur
Solidification - procédés et simulation du moulage 6 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
STRUCTURE GRANULAIRE DES METAUX
Grain ou cristal
ELABORATION PAR FUSION ET SOLIDIFICATIONCroissance du solide –Cristal - grain
Poursuite du refroidissement
Croissance du solide
Fin de la solidificationAgrégat de cristaux jointifs
POLYCRISTAL
2 PHASES 2 PHASES
UNE SEULE PHASE SOLIDEPLUSIEURS CRISTAUX OU GRAINS
Solidification - procédés et simulation du moulage 7 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
STRUCTURE GRANULAIRE DES METAUX
Tous les grains ont même structure cristalline et même composition
Les cristaux se distinguent par leur orientation l’un par rapport à l’autre
Les grains sont séparées par des joints de grains (zones à empilement plus ou moins régulier)
Dimension : généralement 5 à
100 microns
Solide métallique polycristallin homogène
Solidification - procédés et simulation du moulage 8 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
LA STRUCTURE DES MÉTAUX ET ALLIAGES MÉTALLIQUES
STRUCTURE MICROSCOPIQUE C’est l’arrangement observé à l’échelle du microscope optique
À l’échelle microscopique Un alliage solide peut se présenter sous la forme de
UNE PHASE
ou de PLUSIEURS PHASES
CristauxGrainsParticulesDendrites
Grains de fer pur
Acier biphasé
ferrite et cémentite lamellaire
Solidification - procédés et simulation du moulage 9 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
LA STRUCTURE DES MÉTAUX ET ALLIAGES MÉTALLIQUES
CHAQUE PHASE SOLIDE PRÉSENTE UNE CERTAINE MORPHOLOGIE
Exemple : Acier eutectoïdebiphasé : ferrite + carbures
ferrite et cémentite lamellaire ferrite et cémentite globulaire
dendrites, polyèdres, lamelles, sphéroïdes, lentilles, aiguilles, plaquettes, lattes
FormeTailleRépartitionOrientation
Solidification - procédés et simulation du moulage 10 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
NOTION DE SOLUTION SOLIDE
ALLIAGE - ALLIAGE BINAIRE
CONSTITUANT ÉLÉMENTAIRE : Élément simple (C, Fe, Cu)
COMPOSANT : Corps pur chimiquement défini ou élément simple, Fe3C, SiO2, Al2O3
SOLUTION SOLIDE : Dissolution d’atomes du soluté dans le réseau du solvant
Solution solide d’insertion
Solution solide de substitution
DEFINITIONS
SOLUTION LIQUIDE : Dispersion d’un corps (soluté) dans un autre corps (solvant)
solvant soluté SOLUTION SOLIDE
Solidification - procédés et simulation du moulage 11 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
MISCIBILITÉ ET SOLUBILITÉ
Capacité d’un corps à dissoudre partiellement ou totalement dans un autre corps
Selon les corps
Miscibilité totale
Miscibilité partielle ou limitée
Non miscibilité
Solubilité illimitée
Solubilité limitée
Insoluble
NOTION DE SOLUTION SOLIDE
Solidification - procédés et simulation du moulage 12 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Eau + Huile
Eau +Alcool
Eau + Sel
Cu - Ni
Cu – Zn33
MISCIBILITÉ - SOLUBILITÉ
α
β
α
Cu – Zn40
CuPb
SOLUBILITÉ LIMITÉEMISCIBILITÉ PARTIELLE
TOTALEMENT NON MISCIBLES
SOLUBILITÉ ILLIMITÉEMISCIBILITÉ TOTALE
SOL
UT
ION
LIQ
UID
ESO
LU
TIO
NSO
LID
E
Solidification - procédés et simulation du moulage 13 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Système Cu-Pb (particules de Pb insolubles)
Structure biphasée du laiton CuZn40 (grains α blancs - grains β noirs)
Limite de solubilité dépassée
Grains de ferrite Une solution solideFe-C (C<0,01%)
Tout le carbone est dissous dans le fer
MISCIBILITÉ - SOLUBILITÉ
Solidification - procédés et simulation du moulage 14 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
MISCIBILITMISCIBILITÉÉ TOTALETOTALE - ÉLÉMENTS SOLUBLES EN TOUTES PROPORTIONS quelque soit la température
Miscibilité - affinité
Règles :
-Taille voisine : ∆r < 15%-Même structure -Même valence
MISCIBILITÉ - SOLUBILITÉ
Exemple : Alliages cuivre – NickelAlliages Nickel - cuivre
Solution liquide
Solution solide Cu-NiUne seule phase quelque soit la composition
Mélange liquide+ solide
Tem
péra
ture
Composition
Solution solideUne phase Cu-Ni
Quelque soit la composition
Solidification - procédés et simulation du moulage 15 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
MISCIBILITMISCIBILITÉÉ PARTIELLEPARTIELLE - LIMITE DE SOLUBILITÉ
Solution solidePhase α (Pb-Sn)
Deux solutions solidesα (Pb-Sn) + β (Sn-Pb)
MISCIBILITÉ - SOLUBILITÉ
Exemple : Alliage Plomb - 10 % étain
1) Saturation du réseau du Pb
2) Rejet de l’élément Sn de la phase solide Pb-Sn
3) Précipitation d’une nouvelle phase Sn-Pb
A température élevée :La dilatation du réseau du Pb permet à Sn de se substituer au Pb
A température plus basse :Le réseau du Pb se contracte
Dissolution totale de Sn dans Pb
tem
péra
ture
Solidification - procédés et simulation du moulage 16 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
MISCIBILITÉ PARTIELLE - LIMITE DE SOLUBILITÉ
Solution solideα (Pb-Sn)
Deux solutions solidesα (Pb-Sn) + β (Sn-Pb)
LIMITE DE SOLUBILITÉ ET TEMPÉRATURE
MISCIBILITÉ - SOLUBILITÉ
Exemple : Alliage Plomb-étain
1) Saturation du réseau du solvant2) Rejet de l’élément en solution3) Précipitation d’une nouvelle phase
1/ La limite de solubilité augmente avec la température2/ La courbe de solubilité T-%composition s'appelle SOLVUS3/ L’ensemble des limites de solubilité et des limite de transformations de phases forme le diagramme d’équilibre des phases
Solidification - procédés et simulation du moulage 17 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
La constitution de l’alliage
Nature, Composition, Fraction massique Nature, Composition, Fraction massique des diffdes difféérentes phasesrentes phases Te
mpé
ratu
re
composition
P
CB
T
Composition massique de l’alliage AB de masse totale m
BA
BB mm
mC
+
=1CC AB + =
mmm AB + =
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE BINAIRE
Diagramme Température – Composition de l’alliage L’état d’équilibre d’un alliage AB
est représenté par son point figuratif « P »de coordonnées (CB et T)
βα
αα mm
mf
+
=Fraction massique de l’alliage AB biphasé (α + β) 1ff + =βα
Nature : Identification des phases[Phase Pb-Sn (α) ou Sn-Pb(β)]
Composition : Quantités relatives des éléments d’alliage
Fraction massique : Quantités relatives des phases
Le diagramme fournit
Solidification - procédés et simulation du moulage 18 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMME DE PHASES
DE DEUX CORPS
MUTUELLEMENT SOLUBLES
Cuivre et Nickel
Solidification - procédés et simulation du moulage 19 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
CONSTRUCTION DU DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE
Courbes d’analyse thermique d’alliages cuivre - nickel
Composition
Tem
péra
ture
Temps
100 % Cu0% Ni
40 % Ni
Compo
sition
75 % Ni
0% Cu100 % Ni
Cu Ni20 40 60 80
1100
1200
1300
1400
1500
Liquidus
Solidus
Solide α
Liquide
Diagramme cuivre - nickel
Solidification - procédés et simulation du moulage 20 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
EXPLOTATION du DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE
1) Pour déterminer la constitution d’un alliage à une température donnée (exemple de l’alliage Cu-Ni40 à 1250 °C)
Composition
1250 °C
40%Ni
2) Pour déterminer les étapes du refroidissement de l’alliage (exemple de l’alliage Cu-Ni40)
Savoir lire un diagramme
On doit donner :
La nature des phasesLa concentration des phasesLa proportion des phases
Solidification - procédés et simulation du moulage 21 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
RÈGLE DE L’HORIZONTALE
1) Repérer le point représentatif P (1250 °C- 40%)2) Tracer la ligne de conjugaison MPN3) Lire les abscisses de M et N
Phase Liquide CL= 32 % Ni
Phase Solide CS = 45 % Ni
1) La nature des phases1) La nature des phases
Domaine (L+S) : 1 phase liquide et 1 phase solide α
2) La concentration des phases2) La concentration des phases
ÉTUDE D’UN SYSTÈME BIPHASÉ C0 = 40% Ni
%Ni
Tem
péra
t ure
(°C
)
A
32 4540
1250 °C
L + α
CLCS
B
P
Q
Liquidus
M N
C0
L
Solidus
α
CONSTITUTION DE LCONSTITUTION DE L’’ALLIAGEALLIAGE
Solidification - procédés et simulation du moulage 22 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
%Ni
Tem
péra
t ure
(°C
)
A
32 4540
1250 °C
L + α
CLCS
B
P
Q
Liquidus
MN
C0
L
Solidus
α
RÈGLE DES SEGMENTS INVERSES LS
0SLL C C
C C mm f
−−
==
LS
L0LS C C
C C mm f
−−
==
MNMP f L =
MNPN f S =
3) La proportion des phases3) La proportion des phases
%5,61 100 * 32 4532 40 f S =
−−
=
%5,38 100 * 32 4540 45 f
L=
−−
=
Ainsi, dans 100 g d’alliage, il y a :61, 5 g d’alliage liquide contenant 32 % de Ni et 68 % de Cu38,5 g d’alliage solide contenant 45 % de Ni et 55 % de Cu
32% Ni68% Cu
45% Ni55% Cu
ÉTUDE D’UN SYSTÈME BIPHASÉ C0 = 40% Ni
Solidification - procédés et simulation du moulage 23 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
(exemple de l’alliage Cu-Ni40)
1
2
3
4
5
100% de liquide
Germination de α à 52 % de Ni
Présence de α à 45 % NiLiquide résiduel à 32%Ni
Présence de α à 45 % NiLiquide résiduel à 28%Ni
Solide α à 40 % Ni
1
2
3
4
5
ÉTUDE D’UN SYSTÈME BIPHASÉ C0 = 40% Ni
DDÉÉTERMINER LES TERMINER LES ÉÉTAPES DU TAPES DU REFROIDISSEMENT DE LREFROIDISSEMENT DE L’’ALLIAGEALLIAGE
Solidification - procédés et simulation du moulage 24 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMME EN FUSEAU
(ISOMORPHE)
PARTIELLE
MISCIBILITÉ
PARTIELLETOTALE TOTALE
TOTALE PARTIELLE
DIAGRAMMES EUTECTIQUE
PÉRITECTIQUE
DIAGRAMMES MONOTECTIQUE
SYNTECTIQUE
À L'ÉTAT LIQUIDE
À L'ÉTAT SOLIDE
DIAGRAMMES D’ÉQUILIBRE BINAIRE
Les différentes configurations possiblesdépendent de l’ « affinité » entre les deux éléments d’alliage
Solidification - procédés et simulation du moulage 25 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
LACUNE DE MISCIBILITÉ
Si A et B deviennent dissemblables
Formation de 2 solutions solides àbasse température α1 et α2- de même symétrie- de composition différente
Existence d’un domaine où A et B ne sont pas infiniment solubles (lacune de solubilitéou de miscibilité)
Diagramme à lacune de miscibilitéExemple : Au - Ni
Solide
Solide α1 + solide α2
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE BINAIRE À LACUNE DE MISCIBILITÉ
Liquide
Solide α1
solide α2
Solidification - procédés et simulation du moulage 26 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Exercice
On donne le diagramme Au-Ni.
Étudiez le refroidissement d’un alliage à 60 % de Ni. Donnez la constitution de l’alliage à différentes températures :
- 1250 °C- 900 °C- 500 °C- 20 °C
α
α1 + α2
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE BINAIREÀ LACUNE DE MISCIBILITÉ
Solidification - procédés et simulation du moulage 27 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
INFLUENCE DU DÉSACCORD ENTRE LES CONSTITUANTS
Liquide L
Solide α
Liquide L
α β
α+β
α1+α2
Liquide L
Solide α
Liquide L
α1+α2
Solide α
-Élargissement de la lacune
-Contact avec le solidus
- Séparation des solutions solides (structure cristalline différente)
SYSTÈME EUTECTIQUE
Solidification - procédés et simulation du moulage 28 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE À EUTECTIQUE
Liquidus
Solidus
CEAlliages hypoeutectiques Alliages hypereutectiques
Alliage eutectique
TA
TB
Liquidus
M N
E
L+α
α+β- Trois domaines monophasés- Trois domaines biphasés- Un domaine triphasé (E)
Deux limites de solubilitémaximale M et N
Un palier eutectique MN
Un point eutectique E, composition de l’alliage de plus bas point de fusion
Solution solidede première espèce
Liquide L
L+βSolide α
Solide β
Si A et B sont différents
Formation de 2 solutions solides αet β (dites de première espèce)à basse température- de symétrie différente- de composition différente
Existence de limites de solubilité de A dans Bet de B dans A
Solidification - procédés et simulation du moulage 29 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
LA RÉACTION EUTECTIQUE
)(C)(C)(C NMEβα L +⇔
À T = TE
MNE
Exemple du système Pb-Sn
) ( βα +⇔ solidesphasesDeuxeutectiqueLiquide
Solidification - procédés et simulation du moulage 30 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
LA RÉACTION EUTECTIQUE
)(C)(C)(C NMEβα L +⇔À T = TE
Constitution de l’eutectique à TE-ε : deux phases α et β
MN
E
Exemple du système Pb-Sn
Eutectique lamellaire
MN
EN
CCCC)f(
−−
=αMNEN
=)f(α
MN
ME
CCCC)f(
−−
=βMNME
=)f( β
Proportion de phase β
α β
Proportion de phase α
Solidification - procédés et simulation du moulage 31 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Exercice sur les diagrammes
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE BINAIRE À EUTECTIQUE
On donne le diagramme des alliages Plomb-étain
1) Quelle est la constitution de l’alliage Pb-Sn 61,9 à 182 °C
2) On étudie la solidification d’un alliage Pb-Sn30. Donnez la constitution de l’alliage aux températures suivantes :
- 258 °C- 225 °C- 184 °C- 182 °C- 20°C
Solidification - procédés et simulation du moulage 32 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMME D’EQUILIBRE
DES ALLIAGES D’ALUMINIUM
DE FONDERIE
(Al – Si)
Solidification - procédés et simulation du moulage 33 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE Al-Si
Composition eutectique : 12,6% SiTempérature : 577°C
Limite de solubilité du Si dans Al : 1,6%Limite de solubilité de Al dans Si : 0%
Solidification - procédés et simulation du moulage 34 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
AlSi9MgMn AlSi17
http://aluminium.matter.org.uk/content/html/FRE/default.asp?catid=147&pageid=2144416416
ALLIAGES Al-Si
α (Al) β(Si)Eutectique Eutectique
Solidification - procédés et simulation du moulage 35 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
AlSi12
http://aluminium.matter.org.uk/content/html/FRE/default.asp?catid=147&pageid=2144416416
ALLIAGES Al-Si
α (Al) Eutectique aciculaire Eutectique fibreuxα (Al)
pore
Alliage non modifié
Alliage modifié au sodium
Solidification - procédés et simulation du moulage 36 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
EXEMPLE DE DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE DES PHASESCOMPORTANT DES COMPOSÉS INTERMEDIAIRES
Alliages cuivre-zinc :Laitons
Solidification - procédés et simulation du moulage 37 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMME D’EQUILIBRE
DES ALLIAGES DE FER
LES TRANSFORMATIONS
A L’ETAT SOLIDE
Solidification - procédés et simulation du moulage 38 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
ALLIAGES FER – CARBONE
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE
Fe – Cémentite (Fe3C)
2
EutectiqueEutectique
EutectoEutectoîîdedeComposComposéé FeFe33CCou cou céémentitementite
LiquideLiquide
AustAustéénitenite
FerriteFerrite
Solidification - procédés et simulation du moulage 39 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE
Fe - Fe3C
Solution solide interstitielle de C dans Fe (CC). Solubilité maximale : 0,08% C à 1492 °C
Phase δ CC
Phase liquide
Phase γ (Austénite)CFC
Solution solide interstitielle de C dans Fe (CFC). Solubilité maximale : 2% C à 1148 °C
Phase α (Ferrite)CC
Solution solide interstitielle de C dans Fe (CC). Solubilité maximale : 0,02% C à 723 °C
Carbure de fer (Cémentite) Orthorhombique
Composé chimiquement défini ( 25% at C ou 6,67%m C) : Fe3C. dure mais fragile
2
Solution de C dans Fe liquide
Solidification - procédés et simulation du moulage 40 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
2
La réaction eutectique : à 1148 °C, entre la phase liquide et deux phases solides (austénite et cémentite)
Le produit de la transformation au refroidissement du liquide à 4,3 % C : mélange de 2 phases solides appeléLÉDÉBURITE. Elle se présente sous la forme de petites plaquettes d’austénite et de cémentite.
La réaction eutectoîde : à 723 °C, entre les trois phases principales : ferrite, cémentite et austénite
Le produit de la transformation au refroidissement de l’ausénite à 0,8% C : mélange de 2 phases solides appeléPERLITE. Elle se présente sous la forme de petites plaquettes de ferrite et de cémentite.
DIAGRAMME D’ÉQUILIBRE Fe - Fe3C
( , %) ( , %) Fe Cγ α⇔ +0 8 0 02 3
( , %) ( %)L Fe Cγ⇔ +4 3 2 3
γ
α
Fe3C
Fe Cα + 3
Fe Cγ + 3
Solidification - procédés et simulation du moulage 41 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
LES TRANSFORMATIONS À L’ÉTAT SOLIDE des alliages Fe-C
TRANSFORMATION ALLOTROPIQUE DU FER ENTRE 910 C ET 723 °C
TRANSFORMATION EUTECTOÏDE/PERLITIQUE
Réaction entre trois phases solides
( , ) ( , ) ( , ) Fe Cγ α⇔ +0 8 0 02 3 6 67
Après solidification, certaines phases solides sont stables seulement à haute température. Elles sont donc susceptibles d’évoluer au cours du refroidissement final selon trois types de transformations.
PRÉCIPITATION À PARTIR D’UNE PHASE SOLIDE
V( pauvre enC)( riche enC) (C ) Fe Cγ γ +⇒ 3
CFC CCFe Fe⇔
2EutectiqueEutectique
EutectoEutectoîîdedeComposComposéé FeFe33CCou cou céémentitementite
LiquideLiquide
AustAustéénitenite
FerriteFerrite
Solidification - procédés et simulation du moulage 42 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Teneur en carbone : 0.8% en poids
ACIER EUTECTOIDE
Grains d’austénite
Nucléation de la perlite
Croissance de la perlite
Colonies de perlite
Le produit de la transformation au refroidissement de l’ausénite à 0,8% C : PERLITE. Elle se présente sous la forme de petites plaquettes de ferrite et de cémentite.
CFe 3%)02,0(%)8,0( +⇔ αγ
La réaction eutectoîde : à 723 °C, entre les trois phases principales : ferrite, cémentite et austénite
Rm>1000 MPa
Solidification - procédés et simulation du moulage 43 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
ACIER HYPOEUTECTOIDE
Germination de la phase α sur les joints de grains de γ
Croissance de la phase α au détriment de γ
La phase γ atteint la composition de l’eutectoïde. Elle se transforme en perlite
γ
α
Fe3CFe Cα + 3
Grains d’austénite γ
α
Perlite
Rm #600 MPa
Solidification - procédés et simulation du moulage 44 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
ACIER HYPEREUTECTOIDE
Fe Cγ + 3γ
αFe3C
Fe Cα + 3
Fe3C
Perlite
Solidification - procédés et simulation du moulage 45 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
FONTE HYPOEUTECTIQUE
La structure finale de la fonte dépend de la teneur en silicium et de la vitesse de refroidissement
Refroidissement rapide
a) Formation d’austénite à partir du liquide
b) Transformation eutectique
CFeL 3%3,4 +⇒ γ
Le mélangeest appelé : Lédéburite
CFe3+γ
c) Transformation eutectoïde
CFe3%8,0 +⇒αγ
Refroidissement rapide
CFe3+αLe mélange est appelé : Perlite
CFe3+α
Solidification - procédés et simulation du moulage 46 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Fonte blanche hypoeutectique
FONTE HYPOEUTECTIQUE
Lédéburite
Perlite
Refroidissement rapide
Solidification - procédés et simulation du moulage 47 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Perlite
Refroidissement lent
a) Formation d’austénite à partir du liquide
b) Transformation eutectique
CL %3,4 +⇒ γ
c) Transformation eutectoïde CFe3%8,0 +⇒αγ
γ
γ
Perlite + graphite
Ferrite + graphitesi Silicium élevé
FONTE HYPOEUTECTIQUE
Solidification - procédés et simulation du moulage 48 Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
Graphite
Perlite
Fonte grise hypoeutectique
FONTE HYPOEUTECTIQUE
Refroidissement lent
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