Métallurgie Flashcards
- Propriétés récherchées (Métaux) ?
- Solutions
“Elles sont pensées à la conception”
- Résistance Mécanique
-
Mise en forme
- Fonte
- Usinage
-
Mémoire de forme : Transformation Martensitique
- Proportion dans les alliages
- Résistance à la corrosion
- Alliages
- Résistance à la fatigue : Résistance aux forces de cisaillement
- Intégration : Ostéointégration, Ostéoconduction
-
Ferromagnétisme
- Jeu sur la maille / agencement
Structure cristalline des métaux purs - Définition
Mode d’empilement où les atomes ont une compacité maximale.
Coordinence :
- Diminutif
- Définition
- Noté Nc
- Nombre de plus proches voisins à égale distance d’un atome donné
- Structure ?
- Coordinence ?
- Cubique Face Centrée
- 3*4 Atomes = 12
Nommer :
- R
- a
- R = Rayon de l’atome
- a = Paramêtre de Maille
Formule du volume d’un cube ? (a = 2*R)
a3 = 8*R3
Volume d’une sphère ?
V = (4/3)*πR3
- Structure
- Coordinence (Nc)
- Paramètre de Maille (a)
- Atomes dans la Maille (n)
- Compacité
(R = Rayon d’un Atome)
- Cubique Centrée
- Nc = 8
- a = 4R/√ 3
- n = 8 * 1/8 + 1 = 2 Atomes dans la Maille
- Compacité = 68%
Compacité ?
- Volume occupé par tous les atomes / Volume de la maille
- 1 - Compacité = % de vide
- Structure ?
- Coordinence (Nc)
- Paramètre de Maille (a)
- Atomes dans la Maille (n)
- Compacité
(R = Rayon d’un Atome)
- Cubique face centrée
- Nc = 3*4 = 12
- a = 4R/√ 2
- n = 8 * 1/8 + 6 * 1/2 = 4 Atomes dans la Maille
- Compacité = 74%
- Structure ?
- Coordinence (Nc)
- Atomes dans la Maille (n)
- Compacité
(R = Rayon d’un Atome)
- Hexagonale compacte
- Nc = 12
- n = 12 * 1/6 + 3 + 2 * 1/2 = 6
- Compacité = 74%
Types d’alliages métalliques ?
- Solutions solides de substitution primaire
- Solutions solides de substitution secondaire ou itermédiaire
- Solutions solides d’insertion
- Composés définis
Alliage : Composés définis ? Exemples ?
Il se différentie des autres alliages par des interactions de type ioniques et covalentes entre les atomes.
- Cémentite (Fe3C)
- Nitrures (Fe4N)
Alliages : Solutions solides d’insertion ?
Malgré la grande compacité, il y a des vides entre les les atomes, il y a donc une place pour de petits atomes comme l’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote qui jouent un rôle dans les aciers par exemples
Alliages : Solutions solides de substitution primaire ?
Si les rayons atomiques des deux métaux (A et B) sont peu différents, (> 15% selon la règle de Hume-Rothery) les atomes du métal B remplacent les atomes de A sur son propre réseau. Si les réseaux sont identiques, la substitution peut être totale : Il y a soubilité mutuelle complète.
Alliages : Solutions solides de substitution secondaire ou intermédiaire ?
Le réseau cristallin est différent de celui de A ou B et leur domaine d’existence a une valeur précéise correspondant à une stoechiométrie de type AB; AB2; A3B2; Etc…
Représentation de la courbe de refroidissement d’un métal pur.
- Transition de phase = Stagnation de la température lors du passage d’un état à l’autre
Représentation de la courbe de refroidissement d’un alliage.
- Transition de phase dans un “Interval de solidification”
- Mesure d’une courbe de refroidissement ?
- Intéret ?
- Thermocouple (Analyse thermique simple) ou Analyse thermique différentielle
- Création du diagramme de phase
Diagramme de Phase
- Définition
- Construction
- Ordonnée ? Abscisse ?
- Un diagramme de phase est une expression utilisée en thermodynamique. Elle indique une représentation graphique, généralement à deux ou trois dimensions, représentant les domaines de l’état physique d’un système (corps pur ou mélange de corps purs), en fonction de variables, choisies pour facilité la compréhension des phénomènes utilisés.
- Nécessite des courbes de refroidissement
- Analyse thermique simple : Thermocouple
- Analyse thermique différentielle
- Ordonnée = Température de variation d’état relevés par l’analyse thermique
- Abscisse = Ratios des métaux contenus dans l’alliage
Règle des Bras Levier
- % Phase Liquide
- % A Liquide
- % B Liquide
- % Phase Solide
- % A Solide
- % B Solide
- Vers le Liquide ?
- Vers le Solide ?
- % Phase Liquide = BC / AC
- % Phase Solide = AB / AC
Règles de Hume-Rothery - Définition ?
Conditions de base pour obtenir un alliagehomogène avec solubilité totale à l’état solide (c’est-à-dire une solution solide)
- Différence de rayon atomique < 15 %
- Structures cristallines identiques
- Valences égales
- électro-négativités semblables
Nommer cet élément
Liquidus
Nommer cet élément
Solidus
- 50% Cu / 50% Ni
-
T° Solidus < T° < T° Liquidus
- Type de materiau ?
- Composition phase(s) ?
- Fraction de phase(s) ?
- T° < T° Solidus : Etat ?
- Materiau Biphasé
- Liquide à la composition A
- Solide à la composition B
- Règle des bras de levier
- Fraction liquide = CB/AB
- Fraction solide = AC/AB
- T° < T° Solidus : Matériau complétement solide
Eutectique
- Définition ?
- Exemples ?
- Un Eutectique est un mélange de deux corps purs qui fond et se solidifie à température constante, contrairement aux mélanges habituels. Il se comporte en fait comme un corps pur du point de vue de la fusion. Ce point correspond également à la température minimale du mélange en phase liquide.
- Eutectique NaCl-eau (fusions respectives : 801°C / 0°C)
Nommer ces éléments :
- B
- C
- E
- K
Donner la compositions de ces phases :
- A
- D
- F
- G
- H
- I
- J
*
- Structures cristallines identifiées par des caractères grecs (Cubique centré, cubique face centrée…)
- α
- β
- …
Identifier les points Ae, E et Be ?
(Diagramme de phase Pb-Sn)
- Ae = Limite de solubilité maximale en Sn dans α
- E = Eutectique
- Be = Limite de solubilité maximale en Pb dans β
Identifier ces courbes ?
Transus
- Que ce passe t’il dans ces trois zones ?
- Solubilité dans la zone bleu et la zone rouge
- Précipitation dans la zone centrale
- X < Xae
- T Solidus < T < T Liquidus ?
- T Transus < T < T Solidus ?
- T < T Transus ?
- X < Xae
- T Solidus < T < T Liquidus ? Solidification α
- T Transus < T < T Solidus ? Monophase α
- T < T Transus ? Précipitation β
- X = Xe
- T° = T° eut
- Que ce passe t’il ?
- Fractions ?
- Apparition d’une structure eutectique α + β
- F αeut = EBe / AeBe
- F βeut = AeE / AeBe
- XAe < X < XE : Zone ?
- T° eut < T° < T° Liquidus
- T° = T° eut
- Passage sous la T° eut ?
- Zones A, B, C, D ?
- Zone Hypoeutectique
- Solidification α
- Structure eutectique α + β
- Transformation Eutectique
- Zones : α + β
-
Zone A = ProEutectique
- Formes Cristallines
-
Zone B et C = Eutectique
- Forme cristallines + Eutectique de composition moyenne XE
-
Zone D = HyperEutectique
- Formes Cristallines
-
Zone A = ProEutectique
Composition point B ?
- Zone α(Pb + SN) + Eutectide (α(Pb + SN) + β(Pb + SN))
- AC = 0,73 - 0,15 = 0,58
- BC = 0,73 - 0,40 = 0,33
- AeBe = 0,93 - 0,25 = 0,68
- EBe = 0,93 - 0,73 = 0,20
- Fractions
-
αPb = BC / AC = (0,33 / 0,58)*100 = 56 %
- A = 0,15 = 15% SN / 85% Pb
- Eutectide = 1 - 56% = 0,44%
-
(EBe / AeBe)*100 = 29,4% αPb
- Pb = 75%
- SN = 25% (Ae)
- 1 - (EBe / AeBe)*100 = 70,6% βSN
- Pb = 7%
- SN = 93% (Be)
-
(EBe / AeBe)*100 = 29,4% αPb
-
αPb = BC / AC = (0,33 / 0,58)*100 = 56 %
A noter :
- En HypoEutectide = α
- Eutectide
- Avant = α + E (Comme c’est le cas ici)
- Après = β + E
- En HyperEutectide = β
Eutectique, résistance mécanique et ostéointégration ?
Avec l’os on cherche une résistance mécanique proche pour une meilleure intégration.
Trop proche de l’eutectique on aura une trop forte résistance et donc une mauvaise intégration tissulaire.
Acier :
- Composition ? Variantes en fonction des proportions ?
- Propriété du fer ?
- Fer et Carbonne
- C < 2,1 % = Acier
- C < 0,022% = Acier extra-doux
- 0,022% < C < 0,77% = Acier Hypoeutectoide (Le plus malléable)
- C = 0,77% = Acier Eutectoide (Perlite)
- 0,77% < C < 2,11% = Acier Hypereutectoide (Le plus résistant)
- C > 2,1 % = Fonte
- C < 2,1 % = Acier
On parle matériau fortement allié quand au moins un élément d’addition de l’alliage dépasse les 5%.
- Le Fer comptes trois mailles cristallines différentes donc sous tend des propriétés ferromagnétiques différentes.
- Jusqu’à 912°C : Fer α = Ferrite (Structure cubique centrée)
- 912°C à 1394°C : Fer γ = Austénite (Structure cubique faces centrées)
- 1394°C à 1538°C : Fer δ = Ferrite δ (Structure cubique centrée)
Différentes classes d’aciers :
- Aciers non alliés classiques
- Construction, Usinage, Pliage
- Nomenclature
- X = Classe de l’Acier
- iii = Valeur limite élastique en MégaPascal
- Nomenclature
- Construction, Usinage, Pliage
- Aciers non alliés spéciaux (classe C)
- Usages définits (Ressors, forets, etc…)
- Nomenclature :
- Teneur en carbonne *100
- Lettre C (Classe de l’acier
- Aciers faiblements alliés
- Aucun élément d’adition ne dépasse 5% en masse
- Haute résistance mécanique
- Nomenclature
- Taux de carbone *100
- Eléments ajoutés avec en premier le plus présent
- Teneur de cet élément *4
- Aciers fortement alliés
- Au moins un élément d’addition dépasse 5%
- Très haute résistance thérmique ou mécanique (Aéronautique)
- Nomenclature
- X
- Taux de carbonne *100
- Elément d’alliage
- % * Facteur
Aciers - DMIs : Elements d’ajouts et rôles ?
- Molybdène
- Rôle dans la résistance à la corrosion par piqure pour une teneur supérieur à 2%
- Chrome
- Rôle dans la formation d’une couche mince d’oxyde de chrome en contact avec l’air (couche de passivation) pour des taux supérieur à 12%
- Nickel
- Rôle dans les performances mécaniques des aciers pour des teneurs entre 10 et 14%
- Nitruration
- Augmentation de la dureté des aciers
Aciers utilisés comme DMI
- Norme ?
- Exemples ?
- ISO 58832
- 316L, M30NW
Corrosion :
- Définition
- Test pour vérifier la corrosion ?
- Classification
- Altération d’un matériau par réaction avec un oxydant
- Uniforme = Changement de coloration
- Localisée = Fragilisation microscopique ou macroscopique
- Test par oxydation ou en faisant passer un courant (Passage de courant = Production e- = Corrosion)
- Classification
- Corrosion chimique
- Gaz (CO2, SO2…)
- Liquide (Hg)
- Corrosion electrochimique = Corrosion des métaux au contact d’une solution aqueuse contenant un électrolyte dissous et de ce fait conducteur de l’électricité. Des électrons libres prennent part au processus de cette corrosion humide avec laquelle nous sommes le plus souvent confrontés.
- Corrosion chimique
- Protection Cathodique
- Corrosion galvanique
- Anode = Oxydation = Dissolution
Cathode = Réduction
Dans la protection cathodique de l’acier ou de métaux ferreux (par exemple sur les coques de bateaux et arbres d’hélice, piscine en acier galvanise,…), le zinc est souvent choisi pour son électropositivité (Zn2+), sa facilité de moulage et sa bonne réactivité en milieu agressif (chlore).
- La corrosion galvanique (Corrosion localisée macroscopique) se produit à chaque fois que deux (ou plusieurs) métaux de natures différentes sont couplés et placés dans une même solution. Il s’établit entre eux une différence de potentiel. Dans ces conditions, le métal ayant le potentiel le plus électronégatif deviendra l’anode et se corrodera, alors que le métal le plus électropositif deviendra la cathode.
Corrosion bactérienne
Les micro-organismes (bactéries et champignons) peuvent intervenir dans le processus électrochimique de la corrosion métallique de diverses façons.
- La vitesse de corrosion est influencée par le pH et le degré d’aération (Paramètres que peuvent modifier les bactéries)
Couche de passivation
La passivation ou passivité représente un état des métaux ou des alliages dans lequel leur vitesse de corrosion est notablement ralentie par la présence d’un film passif naturel ou artificiel, par rapport à ce qu’elle serait en l’absence de ce film.
Corrosion par frottement ?
La corrosion par frottement (Localisée Macroscopique) provoque une abrasion qui va entrainer l’arrachement de la couche de passivation en certains points. Sur ces points, la corrosion repart et est même accélérée à cause d’un rapport d’aires défavorable.
Corrosion d’un point de vue atomique ?
