12 • Le fer et ses alliages
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12.3 Les éléments d’alliages
dans les alliages de fer
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Lors des traitements thermiques de nombreux aciers, la trempe, indispensable pour mettre le métal de base en sursaturation et préparer la précipitation qui se fera au revenu, conduit à une structure très particulière, la
martensite (voir « Au refroidissement », § 12.6.2). Cette martensite, pseudo
solution solide (d’insertion) de carbone dans le fer α, peut atteindre des
duretés très élevées, d’autant plus élevées qu’elle contient plus de carbone. Ce durcissement n’a pratiquement pas d’intérêt industriel car il induit
une grande fragilité et il n’est pas stable.
12.3 Les éléments d’alliages
dans les alliages de fer
Le principal élément d’alliage est le carbone. Il peut entrer en solution
solide d’insertion dans le fer; les atomes de carbone se glissent alors dans
des espaces libres entre les atomes de fer. Une telle insertion n’est possible que parce que l’atome de carbone est petit, mais seulement lorsque
l’arrangement des atomes de fer laisse les espaces nécessaires. C’est ainsi
que l’on constate une très grande différence de solubilité du carbone
dans les deux formes allotropiques du fer qui nous intéressent ici, à
savoir le fer α (dans lequel le carbone n’est pratiquement pas soluble) et
le fer γ (dans lequel le carbone peut se dissoudre). La solution solide de
carbone dans le fer α (bien que la solubilité soit très faible) s’appelle ferrite (F), la solution solide de carbone dans le fer γ s’appelle austénite (A).
Le tableau 12.1 donne quelques valeurs de ces solubilités.
Ainsi donc, dès que l’on forme un alliage Fe-C, on peut mettre du carbone en solution solide dans le fer si l’on chauffe celui-ci pour le porter
à l’état γ, mais par contre, en conditions d’équilibre et dès l’instant où le
fer revient à l’état α, on doit trouver ce carbone sous forme de précipités
(à l’exclusion de la très petite quantité restant en solution solide). On se
trouve donc en présence d’alliages qui peuvent être durcis par précipitation. Cette précipitation peut se faire sous forme de graphite mais, le
plus souvent, elle prend la forme du carbure de fer Fe 3 C dénommé
cémentite et fait intervenir, à l’état solide, des phénomènes de diffusion,
de germination et de croissance; son évolution est donc fonction à la fois
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12.3 Les éléments d’alliages
dans les alliages de fer
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Lors des traitements thermiques de nombreux aciers, la trempe, indispensable pour mettre le métal de base en sursaturation et préparer la précipitation qui se fera au revenu, conduit à une structure très particulière, la
martensite (voir « Au refroidissement », § 12.6.2). Cette martensite, pseudo
solution solide (d’insertion) de carbone dans le fer α, peut atteindre des
duretés très élevées, d’autant plus élevées qu’elle contient plus de carbone. Ce durcissement n’a pratiquement pas d’intérêt industriel car il induit
une grande fragilité et il n’est pas stable.
12.3 Les éléments d’alliages
dans les alliages de fer
Le principal élément d’alliage est le carbone. Il peut entrer en solution
solide d’insertion dans le fer; les atomes de carbone se glissent alors dans
des espaces libres entre les atomes de fer. Une telle insertion n’est possible que parce que l’atome de carbone est petit, mais seulement lorsque
l’arrangement des atomes de fer laisse les espaces nécessaires. C’est ainsi
que l’on constate une très grande différence de solubilité du carbone
dans les deux formes allotropiques du fer qui nous intéressent ici, à
savoir le fer α (dans lequel le carbone n’est pratiquement pas soluble) et
le fer γ (dans lequel le carbone peut se dissoudre). La solution solide de
carbone dans le fer α (bien que la solubilité soit très faible) s’appelle ferrite (F), la solution solide de carbone dans le fer γ s’appelle austénite (A).
Le tableau 12.1 donne quelques valeurs de ces solubilités.
Ainsi donc, dès que l’on forme un alliage Fe-C, on peut mettre du carbone en solution solide dans le fer si l’on chauffe celui-ci pour le porter
à l’état γ, mais par contre, en conditions d’équilibre et dès l’instant où le
fer revient à l’état α, on doit trouver ce carbone sous forme de précipités
(à l’exclusion de la très petite quantité restant en solution solide). On se
trouve donc en présence d’alliages qui peuvent être durcis par précipitation. Cette précipitation peut se faire sous forme de graphite mais, le
plus souvent, elle prend la forme du carbure de fer Fe 3 C dénommé
cémentite et fait intervenir, à l’état solide, des phénomènes de diffusion,
de germination et de croissance; son évolution est donc fonction à la fois