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LES M
LES MÉ
ÉLANGES ET 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
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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
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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
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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
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)
D
Dé
étermination des diagrammes d
termination des diagrammes d’é
’équilibre:
quilibre:
•
• Analyse thermique (exp
Analyse thermique (expé
érimentale)
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•
• Analyse thermodynamique (th
Analyse thermodynamique (thé
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orique)
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2.
2. Diagrammes d
Diagrammes d’é
’équilibre binaires
quilibre binaires
D
Dé
étermination des diagrammes d
termination des diagrammes d’é
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•
• Analyse thermique (exp
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θ = f(t)
= f(t) –
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•
• Analyse thermodynamique (th
Analyse thermodynamique (thé
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Banque d
Banque d’
’informations
informations
Concentration des composants:
Concentration des composants: % massique
% massique
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2. Diagrammes d
Diagrammes d’é
’équilibre binaires
quilibre binaires
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1. Miscibilit
Miscibilité
é totale
totale à
à l
l’é
’état solide
tat solide
Î
Θ
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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
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2. Diagrammes d
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’équilibre binaires
quilibre binaires
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2. Solidification
Solidification à
à l
l’é
’équilibre d
quilibre d’
’une
une sln
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à M.T.
M.T.
Î
Θ
ΘS
Θ
L
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L
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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
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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
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2.
2. Diagrammes d
Diagrammes d’é
’équilibre binaires
quilibre binaires
4.
4. R
Rè
ègles de miscibilit
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é
a)
a) Le
Le diam
diamè
ètre atomique
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des é
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lé
éments A et B ne
ments A et B ne
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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
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c)
c) Les
Les valences
valences des deux
des deux é
él
lé
éments doivent être
ments doivent être
é
égales
gales
d)
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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.
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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
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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
LES M
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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
LES M
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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
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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
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2. Diagrammes d
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’équilibre binaires
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6. Phases interm
Phases intermé
édiaires
diaires
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LANGES ET LEUR COMPORTEMENT
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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
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domaine des deux domaines monophas
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  • 1. LES M LES MÉ ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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 ÉLANGES ET 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.