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- 1. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 1. 1. INTRODUCTION INTRODUCTION 1. 1. D Dé éfinition finition „ „ Composant: Composant: corps chimiquement pur corps chimiquement pur „ „ Phase: Phase: r ré égion d gion d’ ’un corps caract un corps caracté éris risé ée par e par une structure et un arrangement une structure et un arrangement atomique identiques. atomique identiques. „ „ Constituant: Constituant: élément dont les atomes forment l’alliage
- 2. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. R Rè ègle de phase: gle de phase: é équation de quation de Gibbs Gibbs V = N V = N – – P + 1 P + 1 • • V V – – nombre de variables ind nombre de variables indé épendantes pendantes • • N N – – nombre de composants nombre de composants • • P P – – nombre de phases en pr nombre de phases en pré ésence sence Les variables: Les variables: θ θ – – temp tempé érature rature Les compositions Les compositions C C1 1, C , C2 2, , … …, C , Ci i des phases des phases P P1 1, P , P2 2, , … …, P , Pi i
- 3. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. R Rè ègle de phase gle de phase V = N V = N – – P + 1 P + 1 Dans un syst Dans un systè ème binaire ( me binaire (N = 2 N = 2) ) • • P = 1 P = 1 Î Î V = 2: syst V = 2: systè ème me bivariant bivariant • • P = 2 P = 2 Î Î V = 1: syst V = 1: systè ème me monovariant monovariant • • P = 3 P = 3 Î Î V = O: syst V = O: systè ème me invariant invariant
- 4. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires Repr Repré ésentation des: sentation des: • • Domaines de stabilit Domaines de stabilité és des phases s des phases • • Conditions d Conditions d’é ’équilibre entre plusieurs quilibre entre plusieurs phases phases ( (θ θ, C , C) ) D Dé étermination des diagrammes d termination des diagrammes d’é ’équilibre: quilibre: • • Analyse thermique (exp Analyse thermique (expé érimentale) rimentale) • • Analyse thermodynamique (th Analyse thermodynamique (thé éorique) orique)
- 5. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires D Dé étermination des diagrammes d termination des diagrammes d’é ’équilibre: quilibre: • • Analyse thermique (exp Analyse thermique (expé érimentale) rimentale) θ θ = f(t) = f(t) – – changement de phase changement de phase • • Analyse thermodynamique (th Analyse thermodynamique (thé éorique) orique) Banque d Banque d’ ’informations informations Concentration des composants: Concentration des composants: % massique % massique
- 6. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 1. 1. Miscibilit Miscibilité é totale totale à à l l’é ’état solide tat solide Î Θ
- 7. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 1. 1. Miscibilit Miscibilité é totale totale à à l l’é ’état solide tat solide Î Θ Θ i CS CL
- 8. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 2. 2. Solidification Solidification à à l l’é ’équilibre d quilibre d’ ’une une sln sln à à M.T. M.T. Î Θ ΘS Θ L Co CLf CS1 B A S L S + L %BÎ ΘfA ΘfB
- 9. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 3. 3. Proportion des phases en pr Proportion des phases en pré ésence sence Î Θ Co CLf CS1 %BÎ A B ΘfB ΘS Θ L S L S + L ΘfA Θi CS CL fS = CL- C0 CL- CS fL = CL- CS C0- CS
- 10. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 3. 3. Proportion des phases en pr Proportion des phases en pré ésence sence Diagramme d’équilibre Cu-Ni
- 11. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 4. 4. R Rè ègles de miscibilit gles de miscibilité é a) a) Le Le diam diamè ètre atomique tre atomique des des é él lé éments A et B ne ments A et B ne doit pas diff doit pas diffé érer de plus de rer de plus de 15% 15% b) b) Les deux Les deux é él lé éments A et B doivent avoir la ments A et B doivent avoir la même même structure cristalline structure cristalline c) c) Les Les valences valences des deux des deux é él lé éments doivent être ments doivent être é égales gales d) d) L L’ ’é électron lectroné égativit gativité é de A et celle de B doivent être de A et celle de B doivent être semblables. semblables.
- 12. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 5. 5. Miscibilit Miscibilité é partielle partielle à à l l’é ’état solide tat solide 5.1 Transformation eutectique M – solubilité maximale E – point eutectique α - phase solide riche en A β - phase solide riche en B Réaction eutectique: LE ' α + β
- 13. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 5. 5. Miscibilit Miscibilité é partielle partielle à à l l’é ’état solide tat solide • • Solidification d Solidification d’ ’un alliage de composition eutectique: un alliage de composition eutectique: • • Solidification d Solidification d’ ’un alliage de composition hors eutectique: un alliage de composition hors eutectique: 5.1 Transformation eutectique fα = Cβ- CE Cβ- Cα fβ = 1 - fα fα = Cβ- CX Cβ- Cα fβ = 1 - fα
- 14. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 5. 5. Miscibilit Miscibilité é partielle partielle à à l l’é ’état solide tat solide 5.1 Transformation eutectique Diagramme d’équilibre Pb-Sn
- 15. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 5. 5. Miscibilit Miscibilité é partielle partielle à à l l’é ’état solide tat solide 5.2 Transformation péritectique αCα + LCL ' + βCβ
- 16. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 6. 6. Phases interm Phases intermé édiaires diaires Trois types de phases interm Trois types de phases intermé édiaires: diaires: • • Compos Composé és s é électroniques lectroniques (phases de Hume (phases de Hume- -Rothery Rothery) ) • • Compos Composé és ioniques ou covalents s ioniques ou covalents • • Phases de laves Phases de laves
- 17. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 6. 6. Phases interm Phases intermé édiaires diaires
- 18. LES M LES MÉ ÉLANGESET LEUR COMPORTEMENT LANGES ET LEUR COMPORTEMENT 2. 2. Diagrammes d Diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires 7. 7. Consid Considé érations g rations gé én né érales sur les rales sur les diagrammes d diagrammes d’é ’équilibre binaires quilibre binaires • • Un diagramme d Un diagramme d’é ’équilibre donne les limites des domaines quilibre donne les limites des domaines d d’ ’existence, en existence, en θ θ et en C, des m et en C, des mé élanges monophas langes monophasé és s • • Deux domaines monophas Deux domaines monophasé és sont s s sont sé épar paré és par une r s par une ré égions gions à à deux phases, deux phases, à à moins qu moins qu’ ’ils ne le soient par une ligne ils ne le soient par une ligne horizontale; dans ce cas, la ligne horizontale pr horizontale; dans ce cas, la ligne horizontale pré ésente un point sente un point invariant o invariant où ù trois phases sont en trois phases sont en é équilibre. C quilibre. C’ ’est le cas des est le cas des points eutectiques et points eutectiques et p pé éritectiques ritectiques. . • • Dans un domaine Dans un domaine à à deux phases, la composition de chacune deux phases, la composition de chacune des phases en des phases en é équilibre l quilibre l’ ’une avec l une avec l’ ’autre autre à à une temp une tempé érature rature θ θi i est d est dé étermin terminé ée par l e par l’ ’intersection de l intersection de l’ ’isotherme isotherme θ θi i (horizontale (horizontale passant par l passant par l’ ’ordonn ordonné ée e θ θi i) et des fronti ) et des frontiè ères qui s res qui sé éparent ce parent ce domaine des deux domaines monophas domaine des deux domaines monophasé és adjacents. s adjacents.