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Durcissement par précipitation

1906
  • Alfred Wilm
Un métallurgiste analyse un échantillon d'alliage d'aluminium mettant en évidence les effets de durcissement par précipitation.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le durcissement par précipitation, ou durcissement par vieillissement, est un processus de traitement thermique qui augmente la durée de vie de l'acier. limite d'élasticité de matériaux malléables. Il s'agit de chauffer un alliage pour dissoudre les éléments solutés (mise en solution), refroidissement rapide (trempe) pour les piéger dans une solution solide sursaturée, puis vieillissement à une température plus basse pour permettre la formation de fines particules d'une seconde phase (précipités), qui entravent le mouvement des dislocations.

La découverte du durcissement par précipitation par Alfred Wilm fut accidentelle. En étudiant un alliage d'aluminium contenant du cuivre, du magnésium et du manganèse (plus tard appelé Duralumin), il remarqua que sa dureté augmentait plusieurs jours après trempe, même à température ambiante. Ce phénomène est aujourd'hui compris comme un processus en trois étapes. Premièrement, lors de la mise en solution, l'alliage est chauffé à une température suffisamment élevée pour dissoudre tous les atomes du soluté en une solution solide monophasique. Deuxièmement, l'alliage est rapidement trempé dans un milieu tel que l'eau, qui fige les atomes sur place, créant une solution solide sursaturée. Cet état est thermodynamiquement instable. Troisièmement, lors du vieillissement (à température ambiante ou à température élevée), les atomes du soluté sursaturés diffusent et s'agglutinent pour former des particules extrêmement petites et cohérentes d'une nouvelle phase appelée précipités.

Ces précipités constituent de puissants obstacles au mouvement des dislocations, qui sont les principaux vecteurs de la déformation plastique dans les matériaux cristallins. L'efficacité du renforcement dépend de la taille, de la forme et de la distribution de ces précipités. Initialement, la résistance augmente au fur et à mesure que les précipités se forment et grossissent. Toutefois, si le processus de vieillissement se poursuit trop longtemps (sur-vieillissement), les précipités deviennent trop gros et perdent leur cohérence avec la matrice, ce qui permet aux dislocations de les contourner plus facilement, ce qui entraîne une diminution de la résistance. Ce processus permet d'adapter avec précision les propriétés mécaniques d'un alliage.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Métallurgie

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte des dislocations dans les cristaux par Vito Volterra et al.
  • compréhension de la diffusion à l'état solide et de l'équation d'Arrhenius
  • développement de fours de traitement thermique contrôlé
  • techniques de métallographie pour l'observation des microstructures, mises au point par Henry Clifton Sorby

Applications

  • alliages d'aluminium à haute résistance (par exemple, 2024, 7075) pour structures d'aéronefs
  • aciers maraging pour outillage, carters de fusées et trains d'atterrissage
  • superalliages à base de nickel (par exemple, l'inconel 718) pour les aubes de turbines de moteurs à réaction
  • alliages cuivre-béryllium pour outils anti-étincelles et ressorts hautes performances
  • aciers inoxydables spécialisés (par exemple, 17-4ph)

Brevets:

  • German Patent 244554

Idées d'innovations potentielles

  • Impression 4D de métaux auto-renforçants par précipitation contrôlée au fil du temps ou en réponse à des stimuli
  • alliages à plusieurs étapes de précipitation pour un renforcement à plusieurs niveaux
  • alliages ensemencés de nanoparticules pour contrôler les sites de nucléation des précipités avec une grande précision
  • in-situ precipitation hardening during fabrication additive processus
  • alloys designed for ‘dynamic’ precipitation hardening during operational stress
  • implants biomédicaux qui durcissent dans le corps pour s'adapter à la rigidité osseuse au fil du temps
  • self-healing alloys where precipitates form to ‘pin’ crack tips
  • alliages avec des précipités qui peuvent être dissous et reprécipités par chauffage localisé
  • thermoelectric materials whose efficiency is enhanced by precipitate-induced phonon diffusion
  • alliages magnétiques où les précipités créent des sites d'ancrage pour les domaines magnétiques
Related to: precipitation hardening, age hardening, heat treatment, limite d'élasticité, dislocation, precipitate, duralumin, superalloy, metallurgy, strengthening mechanism.

Contexte historique

Durcissement par précipitation

1899-01-01
1900
1903
1906
1910
1910
1910
1897
1900
1900
1903-05-10
1910
1910
1910
1910

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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