TP MQ17

TP 1 : Durcissement st[pic 2]ructural

TP MQ17 - 6 avril 2018

A/ Mise en solution

1. Etat de l’acier après la mise en solution

Quelles sont les phases en présence à 700 ° C ?

Notre acier contenant 0,1% en masse de carbone, les phases en présence à 700 °C sont : la solution solide 𝛂 (ferrite) et du Fe3C (cémentite). La ferrite est une solution solide de carbone dans l’allotrope 𝛂 du fer.

Quelles sont les compositions en carbone (pourcentage massique) de chaque phase à 700 °C ?

Les compositions en carbone sont les suivantes :

• Solution solide 𝛂  : 0,01933 % de carbone
• Fe3C (cémentite) : 6,68% de carbone

En appliquant la règle des segments inverses sur le zoom du diagramme Fe-C ci-dessus indiquez les quantités de phase théorique obtenues après la mise en solution à 700°C.

• Fraction massique solution solide 𝛂 : (6,68-0,1)/(6,68-0,01933)=0,988
• Fraction massique Fe3C : (0,1-0,01933)/(6,68-0,01933)=0,012

Pour obtenir la quantité de chaque phase il faut multiplier chaque fraction massique par la masse de l’échantillon

Que se passe-t-il après la trempe à l’eau depuis 700 °C ?

Le chauffage à 700°C permet de sursaturer en carbone la solution solide 𝛂  (ferrite) et la trempe à l’eau permet d’obtenir une structure métastable juste après la trempe.

La dureté n’augmente pas suite à la trempe à l’eau car pour obtenir une augmentation de la dureté il faudrait qu’il y ait précipitation de cémentite Fe3C. Or à température ambiante la précipitation de cémentite Fe3C prend plusieurs jours (maturation).

Le fait de tremper l’acier dans l’eau a pour but de refroidir le métal et d’obtenir une structure hors d’équilibre métastable .

L’eau est utilisée pour le refroidissement et permet d’avoir une vitesse de refroidissement plus élevée que l’air ambiant. En effet l’eau absorbe plus de chaleur par seconde que l’air ambiant : 500* W/contre 4*  W/.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

Par ailleurs, dans certains cas suite à la trempe à l’eau, un phénomène dit de caléfaction peut avoir lieu : l’eau est vaporisée suite à son contact avec l’acier. Il y a alors formation d’une sorte de couche isolante qui peut ralentir la vitesse de refroidissement.

L’autre problème éventuel est le fait que l’eau puisse corroder l’acier et donc ralentir  le processus de refroidissement. La corrosion peut également engendrer la formation de fissures ou de déformations.

Afin d’éviter un refroidissement trop rapide et ainsi la survenue de déformations, on aurait pu utiliser de l’huile en tant que fluide de refroidissement.

2. Mesures de la dureté après mise en solution et trempe à l’eau

NB: Les valeurs de dureté du tableau correspondent à des duretés HV 10. Une dureté HV10 signifie que la charge d’essai utilisée était de 10 kgf.

Commentaire :

Tout d’abord on constate que les valeurs moyennes des 5 échantillons sont relativement proches avec un écart maximum entre les échantillons de 3,3 HV.

Néanmoins, l’incertitude sur les résultats est très variable allant de ∓ 2,2  à ∓ 36,37 HV. Si l’on se base sur la formule fournie dans l’énoncé de TP, les incertitudes importantes seraient dues à un écart type élevé.

On peut supposer que cet écart type important est lui même causé par le fait que les surfaces n’étaient pas parfaitement planes. En effet le manque de planéité peut avoir notamment impacté la reproductibilité des trois mesures successives réalisées.

Par ailleurs la formule de calcul de la dureté HV est la suivante : HV =  avec [pic 7]

d la moyenne des diagonales de l’empreinte carrée et F la force appliquée en N.

Ainsi, une autre source potentielle d’incertitude peut être le manque de précision lors de la mesure des diagonales de l’empreinte.

Une autre source d’erreur peut être l’incertitude sur la charge F qui est estimée selon le constructeur à ∓0,01 N.

3. Mesures de dureté sur l’échantillon de référence

Complétez le tableau suivant à l’aide des mesures réalisées :

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