MÉTAUX ET ALLIAGES

ENSA de Béni Mellal

Université Sultan Moulay Sliman

Pr. M. KAAB

INTRODUCTION

• Les métaux sont des matériaux dont les atomes sont liés par des liaisons métalliques.
• Ils s’agit de corps simples ou d’alliages présentant en générale les propriétés physico-chimiques suivantes:

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• Électrique : Bon conducteur électrique et thermique, Opaques avec éclat métalliques.

• Structurale : La plupart des métaux cristallise en donnant les 3 principales structures cristallines CFC, HC ou CC.

• Chimiques : Facilement attaqués par la corrosion.

• Mécaniques : Ductile, malléables et tenace,

INTRODUCTION

• Les métaux purs présentent en général des propriétés mécaniques très limitées, d’où la nécessité de l’addition d’un ou de plusieurs éléments (métal ou non métal): alliage
• L’alliage est dit binaire, ternaire ou quartenaire suivant qu’il renferme deux, trois ou quatre éléments,
• Lorsque ces éléments ne sont que partiellement miscibles, l’alliage est constitué de plusieurs phases de structure cristallines et de compositions différentes.
• L’étude se fait par l’intermédiaire des diagrammes d’équilibre de phases qui traduisent les états d’équilibre entre les différentes phases. (Obligatoire pour un métallurgiste).

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

• Un alliage est la combinaison d’un élément métallique avec un ou plusieurs éléments chimiques par fusion.
• Le fait d’ajouter d’autres éléments permet d’améliorer considérablement les propriétés du métal: durcissement chimique, protection contre la corrosion …etc
• Dans un alliage, l’élément métallique majoritaire est appelé métal de base,
• Les éléments ajoutés volontairement sont appelés éléments d’alliage ou éléments d’addition ,

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Alliage

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

Constituants

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

On appelle phase tout ensemble de particules de matière à limites bien définies qui possède:

• Une composition chimique homogène,
• Une structure homogène à l’échelle atomique (gaz ou liquide ou solide, variété allotropique …),
• Des propriétés physiques homogènes (couleur, dureté, masse volumique …)

Les phases sont séparées par une interface appelée joint de phase

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Phase

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

Règle de GIBBS

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

L’application de la règle des phases à un système à deux constituants conduit à la relation:

Règle de GIBBS

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

Règle de GIBBS

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

La constitution d’un mélange décrit complétement son état physico-chimique dans les conditions expérimentale considérées. Elle comporte:

• le nombre et l’identité des phases présentes dans le mélange, qui définissent la nature du mélange,
• La composition chimique ou concentration de chaque phase,
• La fraction massique de chaque phase dans le mélange

Constitution d’un mélange

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

EXEMPLE D’APPLICATION

• Combien de phases différentes ce mélange contient-il? Nommez-les et précisez leur nature.
• Quelle est la concentration massique en NaCl de l’ensemble du mélange?
• Quelle est la concentration massique en NaCl de la phase riche en vinaigre? Déduisez-en la composition massique de la phase riche en vinaigre.
• Quelle est la fraction massique de la phase riche en vinaigre dans le mélange?

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

EXEMPLE D’APPLICATION

• Combien de phases différentes ce mélange contient-il? Nommez-les et précisez leur nature.

• Le mélange contient 3 phases:
• la phase P1: huile, liquide,
• La phase P2: riche en vinaigre, liquide,
• La phase P3 sel, solide.

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

EXEMPLE D’APPLICATION

• Quelle est la concentration massique en NaCl de l’ensemble du mélange?

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

EXEMPLE D’APPLICATION

• Quelle est la concentration massique en NaCl de la phase riche en vinaigre? Déduisez-en la composition massique de la phase riche en vinaigre.

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 1 – Définitions utiles

EXEMPLE D’APPLICATION

• Quelle est la fraction massique de la phase riche en vinaigre dans le mélange?

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 2 – Diagramme d’équilibre binaire

Solidification d’un métal pur

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 2 – Diagramme d’équilibre binaire

Mélanges binaire – Diagramme d’équilibre

Le diagramme est subdivisé en domaines correspondant à la présence d’une seule phase ou de deux phases selon les coordonnées du point constitutif du mélange

• Le liquidus est la courbe au dessus de laquelle tout le mélange est à l’état liquide,
• Le solidus est la courbe en dessous de laquelle tout le mélange est à l’état solide,
• L’intervalle entre les deux courbes comporte à la fois une phase solide et une phase liquide

Courbe de solidification du corps pur

Température de fusion du corps pur

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 2 – Diagramme d’équilibre binaire

Mélanges binaire – Diagramme d’équilibre

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 2 – Diagramme d’équilibre binaire

Mélanges binaire – Diagramme d’équilibre

• Nombre de phase: 2, identité à lire sur le diagramme (liquide + solide pour N),
• Composition de la phase: Donnée par la règle de l’horizontale: On trace la droite IJ horizontale appelé conode passant par le point N et joignant les limites du domaine biphasé

1 – Changements de structure dans un matériau

1 – 2 – Diagramme d’équilibre binaire

Mélanges binaire – Diagramme d’équilibre

• La fraction massique des phases: donnée par la règle des moments ou règle des segments inverses: la fraction massique de chaque phase est égale à la longueur du segment opposé sur la conode, rapportée à la longueur totale de la conode.