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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Mécanique Filière : Métallurgie Spécialité Métallurgie Promotion : 1èreannée master Matière : matériaux métalliques Enseignant :DrS.Derfouf Recherche bibliographique sur : Diagramme de phase (fer-carbone) Etudiants : - Moussar Ahmed Ramzi Note : /20 - OuamaneBrahime AnnéeUniversitaire: 2017/2018 Sommaire INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………………...1 CHAPITRE I GENERALITES 1. Définitions .............................................................................................................................. 3 1.1. Diagramme d’équilibre [5] .............................................................................................. 3 1.2. Une phase[5] .................................................................................................................... 3 1.3. Un composant [5] ............................................................................................................ 3 2. CONSTRUCTION D'UN DIAGRAMME DE PHASES[5] .................................................. 4 3. DIAGRAMMES AVEC POINT EUTECTIQUE[5] ............................................................. 4 4. Aspect micrographique de l'alliage eutectique [5] ................................................................. 6 5. Les diagrammes de phases ternaires [5] ................................................................................. 7 CHAP 2 1. Les solutions solides, .............................................................................................................. 9 2. Systèmes à un composant ....................................................................................................... 9 3. Les différentes phases du système Fer-Carbone [8] ............................................................... 9 3.1. La ferrite α ....................................................................................................................... 9 3.2. La ferrite δ ....................................................................................................................... 9 3.3. L’austénite γ .................................................................................................................... 9 3.4. La cémentite (Carbone de fer Fe3C) [9] .......................................................................... 10 3.5. La perlite ........................................................................................................................ 10 4. Diagramme d’équilibre Fer-Carbone[9] ............................................................................... 10 4.1. Diagramme stable .......................................................................................................... 10 5. Les transformations .............................................................................................................. 11 5.1. Le diagramme Fer-carbone ............................................................................................ 11 5.2. Réaction eutectoϊde[1] ................................................................................................... 11 5.3. Réaction eutectique [1] .................................................................................................. 12 5.4. Réaction péritectique[1] ................................................................................................ 12 6. Influence des éléments d'alliages [1] .................................................................................... 12 7. Système à deux composants. Diagrammes d’équilibre binaires[3] ....................................... 12 8. Un alliage de composition .................................................................................................... 13 CHAP 3 1. Généralité [3] ......................................................................................................................... 16 2. Les aciers spéciaux sont constitués des quatre familles suivantes : ..................................... 16 3. Désignation des aciers (NF EN 10027) [3] ............................................................................ 18 4. Aciers désignés à partir de leurs applications et de leurs caractéristiques mécaniques [3] ... 18 5. Aciers désignés selon composition[3] ................................................................................... 19 5.1. Aciers non alliés avec Mn < 1 % ................................................................................... 19 5.2. Aciers non alliés avec Mn > 1 % ou aciers peu alliés dont aucun élément n’est supérieur à 5 % ..................................................................................................................... 20 5.3. Aciers rapides[3] ............................................................................................................. 21 6. ACIERS INOXYDABLES [3] .............................................................................................. 21 7. Aciers inoxydables [3] ........................................................................................................... 22 8. ACIERS D’OUTILLAGE [3] ................................................................................................ 22 8.1. Composition : ................................................................................................................ 24 8.2. Classification : ............................................................................................................... 25 9. Aciers à outils non alliés pour travail à froid [3] ................................................................... 25 10. classification des fontes ...................................................................................................... 25 11. Définition métallurgique des fontes [3] ............................................................................... 26 11.1. Composition chimique [3] ............................................................................................. 27 12. Classification industrielle[3] ................................................................................................ 28 12.1. Fontes grises à graphite lamellaire[3] ........................................................................... 28 12.2. Fontes à graphite sphéroïdal [3] .................................................................................... 29 12.3. Fontes à graphite vermiculaire [3] ................................................................................ 29 12.4. Fontes blanches [3] ....................................................................................................... 30 12.5. Fontes trempées[3] ........................................................................................................ 30 12.6. Fontes malléables[3] ..................................................................................................... 30 12.7. Fontes malléables à « cœur noir » [3] ........................................................................... 31 12.8. Fontes malléables « à cœur blanc » [3] ......................................................................... 31 12.9. Désignation rationnelle d’une fonte [3] ....................................................................... 31 CONCLUSION GENERALE………………………………………………………………33 Bibliographie…………………………….………………………………………………… .35 Liste des figures Figure 1 : courbe de refroidissement d’un métal pur ................................................................ 3 Figure 2 : Exemple de courbe de refroidissement d’un alliage de composition AB[5 ............... 4 Figure 3 : Exemple de construction du diagramme de phase de l’alliage CuNi[5] .................... 5 Figure 4 : construction d’un diagramme de phases avec point eutectique.[5] ........................... 5 Figure 5 : formation d’un eutectique lamellaire, vu microscopique [7] ..................................... 6 Figure 6 : formation d’un eutectique lamellaire par formation simultanée de germes de phase α et β[7] ........................................................................................................................................ 7 Figure 7 : composition d’un alliage ternaire P à une température donnée constante ................ 7 Figure 8 : montre, pour le corps pur fer, en fonction de la température, les domaines d’existence des phases et les températures de transformation ................................................. 10 Figure 9 : Diagramme fer carbone .......................................................................................... 11 Figure 10 : système a deux composants différents domaines d’existence des phases ............ 13 Figure 11 : Diagramme Fe-C ................................................................................................... 14 Figure 12 : diagramme fe-c.................................................................................................... 17 Figure 13 :principales classes d’aciers ................................................................................. 18 Liste des tableaux Table 1 : coefficient multiplicateur des éléments d’alliage pour les aciers peu alliés ...... 20 Table 2 : structures possibles des fontes industrielles normales ........................................ 21 Table 3 : alliages de fonderie-matériaux moulés métalliques[3] ......................................... 26 Table 4 : Classification des fontes[3] ........................................................................................ 32 Table 5 : tableau des structures[3] ......................................................................................... 32 1 Introduction générale L'acier a été découvert très tôt dans l'histoire car sa matière première est abondante (minerai), et qu’il est facile à travailler. L'acier « de base » est de fait peu onéreux. Matériau par excellence de la révolution industrielle, c’est celui qui a été le plus étudié. Il existe de nos jours de nombreuses nuances aux propriétés très diverses. Nous allons étudier dans ce document les aciers, alliages à la base de fer et de carbone, Ils peuvent contenir d'autres éléments d'alliage mais le fer restant majoritaire. Les métaux change d'état selon la pression et la température, nous allons ici regarder le changement solide-liquide, mais aussi les transformations à l'état solide, toujours sous pression atmosphérique. Nous ne prendrons en compte que la température et la composition chimique de la matière, Cette étude sera baser sur les diffèrent phases de l’acier et des fontes, l’influence des éléments d’alliage, changement de température et mécanisme de formation de ces phases avec leur influence sur les caractéristiques mécanique. CHAPITRE I GENERALITE CHAPITRE I GENERALITE CHAPITRE I GENERALITE 3 1. Définitions 1.1. Diagramme d’équilibre [5] Un diagramme de phases (ou diagramme d’équilibre) permet de résumer les constitutions d’équilibre d’un système d’alliage. Un diagramme de phases permet de prédire, pour un mélange donné, la constitution des phases en présence, en équilibre les unes avec les autres. Deux facteurs physiques ont une influence sur la nature et la composition des phases présentes : (1) la température qui joue un rôle particulièrement important lors de la coulée et dans les modifications des propriétés mécaniques des alliages dentaires, et (2) la pression qui est habituellement négligée car elle n’a d’influence qu’à des niveaux extrêmement élevés. 1.2. Une phase[5] Est un domaine du matériau dont les propriétés physiques et chimiques sont uniformes. Cette région ou cet ensemble de régions sont caractérisés par une structure et par un arrangement atomique identique. 1.3. Un composant [5] Est un corps pur. Il peut être simple (exemples : Ti, Ag, Cu…) ou être un composé chimique (H2 O, Al2 O3, SiO2…). À l’exception du mercure, lorsqu’on refroidit un métal ou un alliage en fusion à température ambiante entraîne une solidification. Le passage de la phase liquide à la phase solide s’appelle un changement de phase Figure 1 : courbe de refroidissement d’un métal pur CHAPITRE I GENERALITE 4 Pour réaliser un alliage, des proportions définies de constituants différents sont fondues et mélangées, puis l’ensemble est refroidi. Comme il a été dit plus haut, le résultat du mélange varie selon les variations relatives de taille des atomes, selon le type de maille d’origine et des propriétés électroniques des différents constituants. Lorsqu’on étudie des alliages, les courbes de solidification deviennent beaucoup plus complexes. Elles comportent alors- plusieurs sections de courbes raccordées par des points d’inflexion Parfois, elles comportent également des paliers de solidification isotherme. Chacun des points d’inflexion correspond à une variation du nombre de phases. Ainsi, entre deux points d’inflexion successifs, l’alliage comporte le même nombre de phases. Le point d’inflexion le plus élevé correspond à l’apparition d’un premier cristal dans l’alliage en fusion, le point d’inflexion le plus bas correspond à la solidification des dernières traces d’alliage en fusion. Figure 2 : Exemple de courbe de refroidissement d’un alliage de composition AB[5 2. CONSTRUCTION D'UN DIAGRAMME DE PHASES[5] Pour construire le diagramme de phase d’un alliage binaire A-B, il suffit d’enregistrer les courbes de refroidissement pour chaque concentration de B dans A en partant de A, métal pur jusqu’à B, métal pur 3. DIAGRAMMES AVEC POINT EUTECTIQUE[5] Dans ce type de diagramme existe un point invariant dont la température est inférieure à la température de fusion des deux constituants. Un des intérêts de ces alliages eutectiques et de pouvoir être utilisé en brasure. L’exemple présenté ici est l’alliage binaire argent-cuivre. Les températures de fusion de l’argent et du cuivre purs sont respectivement de 962°C et de 1083°C. CHAPITRE I GENERALITE 5 Figure 3 : Exemple de construction du diagramme de phase de l’alliage CuNi[5] À 779°C, la solubilité du cuivre dans l’argent est de 8,8% massique et la solubilité de l’argent dans le cuivre est de 8% massique. Pour les alliages compris entre ces deux intervalles, l’ensemble des courbes de refroidissement présente un palier isotherme dont la longueur maximale se situe au point eutectique (figure : point E situé à 779°C avec 60,1% d’argent et 39,9% de cuivre). Au niveau du point E ou point eutectique, l’équilibre s’établit entre trois phases : une phase liquide d’une part, et deux phases solides d’autre part. À ce point, un liquide se transforme simultanément en deux phases solides : LE ⇔α + ß Les alliages situé à gauche du point eutectique s’appelle des alliages hypo-eutectiques et ceux situés à la droite des alliages hyper-eutectiques. Cette appellation est purement conventionnelle et dépend uploads/s3/ diagram-fer-c.pdf