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Mémoire online croissance des métaux et alliages, tutoriel thermodynamique en PDF.
Etude thermodynamique de la croissance des métaux et alliages
Introduction :
La solidification est définie comme étant le passage de la phase liquide à la phase solide. Dans les alliages métalliques, ce changement de phase produit des modifications importantes sur les propriétés mécaniques, physiques et chimiques. L’étude de cette transformation de phase dans les métaux se poursuit depuis plusieurs décennies afin d’améliorer la compréhension des principes de solidification.
La thermodynamique est un outil utile pour l’analyse de ce phénomène. Elle permet d’évaluer la constitution de phases dans les alliages, de déterminer le chemin de solidification et d’avoir quelques propriétés telles que le coefficient de partage, les pentes du liquidus et du solidus, etc.
Afin de pouvoir comprendre au mieux les spécificités de ce phénomène, on doit d’abord faire un petit survol sur quelques notions thermodynamiques intervenant pendant la croissance des métaux et alliages, en présentant par la suite les fondements de la théorie classique de la germination et sans doute la surfusion dont on ne peut pas ignorer l’effet sur la germination.
Généralités :
La formation du solide à partir du liquide est un phénomène très intéressant, ce qui nécessite l’étude des conditions qui les régisse, les exigences et les conséquences de la solidification et d’autres notions fondamentales.
Conditions de la solidification :
La solidification se produit généralement par refroidissement du liquide ou par modification chimique du système à une température constante.
Si un métal liquide à l’état pur, qui est initialement à une température supérieure à sa température de fusion, est refroidi en dessous de son point de fusion, un solide va se former et la différence entre la température à laquelle se produit la solidification effectivement et celle de fusion est appelée surfusion; quantité nécessaire à l’initiation du processus de la solidification.
De même, si une solution binaire liquide est maintenue à une température constante, en ajoutant ou en élevant un des constituants, à un moment donné, où la solubilité à l’équilibre du constituant ajouté est dépassée, une phase solide apparaitra; ceci se réfère à une solidification comme provenant d’un liquide sursaturé [SEE 2005].
Domaines et exigences de la solidification :
L’opération de la solidification des métaux et alliages ne porte pas sur de petites quantités mais plutôt sur des quantités considérables; chaque année, dans le monde, plus d’un milliard de tonnes de métaux solidifiés, en premier ordre des alliages ferreux (aciers et fontes), et en second ordre ceux d’Aluminium en vue de leurs applications [LES 1986].
Les produits finaux, obtenus par cette opération, doivent répondre à certaines exigences de qualité telles que:
• Absence de gros défauts internes tels que les retassures et les porosités.
• Absence de fortes hétérogénéités de composition chimique à l’échelle des produits (ségrégation majeure).
• Aptitude à la déformation et à l’homogénéisation chimique.
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