Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1/8 DIAGRAMME FER-C I- INTRODUCTION : L’acier est un alliage de fer et de carbo

1/8 DIAGRAMME FER-C I- INTRODUCTION : L’acier est un alliage de fer et de carbone renfermant au maximum 2 % de ce dernier élément. Il peut contenir de petites quantités d’autres éléments incorporés, volontairement ou non, au cours de son élaboration. On peut également y ajouter des quantités plus importantes d’éléments d’alliage; il est considéré alors comme un acier allié. La teneur en carbone de certains de ces aciers alliés peut parfois dépasser 2 %. Contrairement à la fonte, qui contient plus de 2 % de carbone, l’acier est un métal ductile; il peut subir des changements de forme par compression ou extension à chaud ou à froid. Il est caractérisé, en outre, par une propriété fondamentale qui est la raison du développement considérable de ses emplois: il "prend la trempe", c’est-à-dire qu’il est susceptible d’acquérir une grande dureté lorsqu’il est chauffé à une température suffisamment élevée et refroidi à une vitesse assez grande. Cependant, cette propriété ne se rencontre pas dans certains aciers alliés, qui doivent leur utilisation à d’autres caractéristiques. L’acier peut durcir également sous l’effet d’autres traitements que la trempe, par exemple par écrouissage (travail mécanique à froid). La possibilité d’attribuer aux aciers une gamme étendue de propriétés grâce à des traitements thermiques, thermomécaniques et mécaniques est à l’origine du très large éventail d’utilisations de ce métal. Les aciers ordinaires montrent des insuffisances qui limitent leurs utilisations et les rendent impropres à certains usages. Très souvent, la résistance aux sollicitations mécaniques est en cause; parfois, c’est l’attaque par des réactifs chimiques ou même simplement par l’atmosphère, lorsqu’elle est humide ou polluée. On a réussi à pallier ces inconvénients et à élargir les domaines d’emploi des aciers en ajoutant une certaine quantité de métaux ou d’éléments non métalliques. On obtient ainsi une importante gamme d’aciers alliés répondant à des nécessités très diverses. II- STRUCTURES DES ACIERS : Le Fer existe sous deux variétés allotropiques différentes c'est-à-dire avec deux formes cristallines. 2/8 Aux basses températures et jusqu’à 912°C, ses atomes sont disposés suivant un réseau cubique centré (CC) c'est-à-dire qu’ils occupent les sommets et le centre d’un cube : On l’appelle alors Ferα (prononcé fer alfa). Le ferα ne dissout pratiquement pas le carbone e 0.02%C au maximum à 723°C e Moins de 0.01%C à 300°C Aux températures supérieures à 912 °C et jusqu’à 1394°C le réseau cristallin est du type cubiques à faces centrées (CFC) c'est-à-dire que les atomes sont disposés aux sommets du cube et au centre des faces on l’appelle Ferγ (prononcé fer gamma) Le ferγ dissout facilement le carbone e 0.8%C à 723°C e 2.14%C à1147°C Au-dessus de 1394°C et jusqu’au point de fusion à 1538°C le fer retrouve la structure cubique centrée du Ferα : On l’appelle alors Ferδ (prononcé fer delta) pour distinguer son domaine de stabilité .Il dissout un peu mieux le carbone que le Ferα (0.07%C au maximum à 1493°C). 144 4 2444 3 1444 2444 4 3 1444 4 24444 3 912 1394 1538 T °C Fer α Fer γ Fer δ 3/8 III- CONSTITUANTS DES ACIERS A L’ETAT RECUIT : L’acier est un alliage de Fer et de carbone renfermant au maximum 2% de ce dernier élément. Il peut contenir de petites quantités d’autres éléments incorporés, volontairement ou non, au cours de son élaboration. Il est constitué essentiellement de : W La ferrite α : solution solide d’insertion de carbone dans le Fer α, à structure cubique centrée. Elle possède un faible pouvoir de dissolution du carbone (0.006%C à température ambiante) .Elle est relativement tendre (HB≈80), peu tenace (R≈300 MPa), mais très ductile (A≈35%), très sensible aux basses températures Fig 1 : structure ferrite α Acier à 0.02%C ×500 Masse claire de ferrite contenant en solution solide 0,01 % C environ, divisée en grains par des joints noirs dont certains, sont épaissis par un dépôt de cémentite tertiaire W L’austénite γ : solution solide d’insertion d’atome de carbone dans le Ferγ, à structure cubique à face centrée, la quantité de carbone atteint ≈2%C à 1145°C .Ce constituant n’existe pas à la température ordinaire il est stable qu’a haute température (sauf pour quelque nuances d’aciers fortement alliées), l’austénite est très ductile. Fig2 : structure austénite γ acier à 1.5%C X 200 W La cémentite : dénomination du carbure de Fer, Fe3c ; la limite de solubilité du carbone dans la cémentite est de 6.67%C. D’un point de vue morphologique la cémentite se présente 4/8 sous forme de lamelles ou de globules dans la perlite ou d’aiguilles dans les fontes blanche hypereutectiques. On la trouve sous trois forme : Primaire (au dessus de 1147°C) secondaire (entre 1147°C et 723°C) et tertiaire (au dessous de 723°C). Ce constituant est très dur et très fragile (K≈0). On doit à ce composé défini les grandes performances des aciers de point de vue dureté et résistance W La perlite (eutectoϊde) : agrégat eutectoïde ayant une structure de lamelles alternées de ferrite et de cémentite, provient de la décomposition de l’austénite. Ce constituant contient 0.8%C, il offre une dureté usinable et une bonne résistance. La perlite est dure (HB≈200), résistante (R≈850 MPa) et assez ductile (A≈10%) Fig. 4 : structure perlitique lamellaire Acier à 0.75%C. Masse de perlite lamellaire composée de lamelles alternées de ferrite et de cémentite Fig. 5 : structure perlitique globulaire La cémentite s'est ramassée en fins globules gris, alignés par endroits, sur un fond ferritique clair qui présente quelques joints de grains IV- DIAGRAMME D’EQUILIBRE Fe-C : Les alliages Fer-carbone sont de deux types ; les uns contiennent du carbone libre (graphite) et correspond à un état stable ; les autres contiennent le carbone sous forme de carbure essentiellement la cémentite et correspondent à un état métastable. On doit donc considérer deux diagrammes d’équilibres : diagramme Fer-cémentite et diagramme Fer-graphite. Dans la suite de ce cours on va considérer uniquement le diagramme à cémentite puisque qu’il est le plus souvent utilisé. Le diagramme d’équilibre Fer-carbone est très utile pour comprendre les aciers, les fontes et les traitements thermiques. Il est limité à droite par la cémentite Fe3C (6.67%C) est fait apparaître les deux grandes familles de métaux ferreux : les aciers (entre 0.008%C et 2%C) et les fontes (de 2%C à 6.67%C). Il faut signaler que la teneur limite estimée à 2% de carbone pour séparer le domaine des aciers à celui des fontes n’est qu’approximative et que en toute rigueur cette teneure limite est l’abscisse du point de début du palier eutectique qui est en générale dans les alentours de 2%. Ce type de diagramme est souvent qualifié par métastable vue que la cémentite ne l’est pas et à tendance à se désintégrer en fer plus du graphite qui est l’état stable du carbone. 5/8 L’utilisation de ce type de diagramme est indispensable pour décrire l’état de microstructure à la température ambiante des aciers ordinaires et dont le pourcentage en éléments d’alliages n’est pas assez importante pour modifier d’une façon significative l’allure des courbes du diagramme. L’abondance de la cémentite dans la structure des aciers justifie donc l’utilisation de ce type diagramme. Parmi les courbes importantes dans le diagramme on note : • Acm : Indique la fin de la dissolution après dissociation, de la cémentite dans l’austénite lorsque celle-ci existe. • A1 : Précise la fin de la transformation au refroidissement de l’austénite. L’austénite n’existe plus au dessous de cette ligne. • A2 : Précise la température (≈ 768°C) de la perte de magnétisme du Fer α, en générale ce point ne figure pas sur le diagramme Fer-C. • A3 : Précise la fin de la transformation au chauffage de la ferrite en austénite .La ferrite n’existe plus au dessus de cette ligne. • A4 : Précise la fin de la transformation au chauffage de l’austénite en ferrite δ et/ou liquide .L’austénite n’existe plus au dessus de cette ligne. NB : la nomination de ces points peut comporter dans la majorité des cas une lettre « c » pour dire que ce point est tracé en chauffage, par exemple Ac1 ou Ac3 ; ou bien la lettre « r » pour dire que c’est en refroidissement, par exemple Ar1 ou Ar3. 6/8 Fig. 6 : diagramme d’équilibre à cémentite Analyse du diagramme Fer-carbone à cémentite : Le diagramme Fer-carbone contient trois paliers : • Eutectique à 1147°C. il marque la température minimale d’existence du liquide. • Eutectoϊde à 723°C (A1). Il marque la fin de la transformation au chauffage de la perlite en austénite. Au-dessus de 723°C, la perlite n’existe plus • Péritectique à 1487°C, mais d’importance négligeable de point de vue industrielle. Un point remarquable doit être noté , correspondant à la teneur de 0.8%C à 723°C, ce point est dit eutectoϊde ; les aciers qui contiennent moins de 0.8%C sont dits hypoeutectoϊdes et ceux qui sont plus carburés hypereutectoϊde. Réaction eutectoїde (point E’) : A la température eutectoїde, il existe trois phases en équilibre. γ(0,8%C) 723° α(0,02%C )+Fe3C(%6,67C) Perlite 7/8 Lors du refroidissement, la phase γ solide se transforme en Fer α et en cémentite. Les changements de uploads/Ingenierie_Lourd/ fer-c.pdf