MÉTALLOGRAPHIE Essais physiques

Dilatométrie

Certains éléments métalliques – principalement des éléments de transition – présentent plusieurs variétés allotropiques qui ne sont stables que dans certains domaines de température ; la transformation d'une variété en une autre s'accompagne d'une variation plus ou moins notable de volume spécifique, donc d'une anomalie dimensionnelle linéaire aisément observable par dilatométrie. Un exemple classique est celui du fer qui présente trois variétés allotropiques. Si l'on ajoute au fer des solutés de type alphagène, le diagramme d'équilibre correspondant présente une boucle caractéristique ; le franchissement des limites du domaine γ peut également être observé par dilatométrie. Par contre, il est beaucoup plus difficile de mettre en évidence par cette méthode l'existence de la courbe limite de solubilité d'une solution solide primaire, si l'on coupe une telle courbe à basse température.

Par ailleurs, un des éléments caractéristiques des diagrammes d'équilibre est l'existence de paliers invariants (en particulier eutectoïdes) : ces paliers sont très facilement mis en évidence, comme le montre la courbe de dilatation d'un acier à 0,88 p. 100 de carbone : anomalie de contraction à la chauffe pour une température de 735 ⁰C.

Lorsqu'on s'écarte des conditions d'équilibre, on peut observer avec un retard plus ou moins notable les évolutions structurales de phases instables ; la dilatométrie de trempe permet de situer les différentes étapes de telles transformations : la figure d en donne un exemple dans le cas d'un acier au chromemolybdène refroidi à une vitesse de 4 ⁰C ( min^-1 ; la courbe 1 de la figure d traduit l'évolution de l'austénite métastable, d'abord en perlite (ab), puis en bainite (cd).

Par ailleurs, un refroidissement plus énergique (trempe à l'eau glacée) transforme l'austénite des aciers suffisamment carbonés en martensite (courbe 2) ; la martensite est susceptible de se transformer par revenu. Cette évolution est complexe, et les divers stades qu'elle comporte se recouvrent le plus souvent ; la figure e représente schématiquement les trois stades principaux : stade I (relaxation des contraintes de trempe et formation du carbure ε), stade II (transformation de l'austénite résiduelle en ferrite plus carbures), stade III (formation de carbure χ, puis de cémentite Fe₃C).

Ces exemples ne sont pas limitatifs, et l'on peut également tirer d'utiles renseignements de courbes dilatométriques anisothermes ou isothermes pour étudier le vieillissement d'alliages, le frittage d'agglomérés de poudres métalliques ou céramiques, etc.

Résistivité

Les mesures de résistivité peuvent aussi être utilisées avec fruit pour déterminer les limites des domaines d'existence des phases dans les diagrammes d'équilibre. En effet, la résistivité varie de façon non linéaire avec la concentration dans les domaines monophasés, et de façon linéaire dans des domaines biphasés : la figure a illustre cette propriété et montre qu'en portant à une même température T₀ divers alliages, élaborés à partir du même solvant A et de diverses concentrations en soluté B, puis en mesurant les variations de résistivité à cette température on déterminera successivement les points tels que a,b,c...

D'autre part, les transformations structurales peuvent également être étudiées par mesures de résistivité. La figure b, relative à un ferro-nickel à 30 p. 100 Ni illustre l'hystérèse importante qui accompagne la transformation austénite ⇌  martensite.

De même, les phénomènes de vieillissement, au cours desquels se développe la précipitation de composés définis intermétalliques, donnent lieu à des variations aisément mesurables de la résistivité[...]