Structure des grains – Grains. La plupart des solides cristallins sont composés d’un ensemble de nombreux petits cristaux ou grains de taille et d’orientation variables. Ceux-ci ont des orientations cristallographiques aléatoires.
Grains et limites Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Tous les solides ne sont pas des monocristaux (par exemple, les semi- conducteurs de silicium). La plupart des solides cristallins sont composés d’un ensemble de nombreux petits cristaux ou grains de taille et d’orientation variables. Ceux-ci ont des orientations cristallographiques aléatoires. Lorsqu’un métal commence par cristalliser, le changement de phase commence par de petits cristaux qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc final de matériau solide, chacun des petits cristaux (appelés « grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est rompu à les joints de grains. Les grains et les joints de grains aident à déterminer les propriétés d’un matériau.
Les grains, aussi appelés cristallites, sont des cristaux petits voire microscopiques qui se forment par exemple lors du refroidissement de nombreux matériaux (cristallisation). Une caractéristique très importante d’un métal est la taille moyenne du grain. La taille du grain détermine les propriétés du métal. Par exemple, une taille de grain plus petite augmente la résistance à la traction et tend à augmenter la ductilité. Une taille de grain plus grande est préférée pour améliorer les propriétés de fluage à haute température. Le fluage est la déformation permanente qui augmente avec le temps sous une charge ou une contrainte constante. Le fluage devient progressivement plus facile avec l’augmentation de la température.
Limites de grains. La limite de grain fait référence à la zone extérieure d’un grain qui le sépare des autres grains. Les joints de grains séparent des régions cristallines diversement orientées (polycristallines) dans lesquelles les structures cristallines sont identiques. Les joints de grains sont des défauts 2D dans la structure cristalline et ont tendance à diminuer la conductivité électrique et thermique du matériau. La plupart des joints de grains sont des sites privilégiés pour l’apparition de la corrosion et pour la précipitation de nouvelles phases à partir du solide. Ils sont également importants pour de nombreux mécanismes de fluage. D’autre part, les joints de grains perturbent le mouvement des dislocations à travers un matériau. La propagation des dislocations est entravée en raison du champ de contraintes de la région du défaut aux joints de grains et du manque de plans et de directions de glissement et d’alignement global à travers les joints. Par conséquent, la réduction de la taille des cristallites est un moyen courant d’améliorer la résistance mécanique, car les grains plus petits créent plus d’obstacles par unité de surface du plan de glissement.
Orientation des grains
Orientation du grain (A) Aléatoire (B) Préférée Source: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
L’ orientation des cristallites peut être aléatoire sans direction préférée, appelée texture aléatoire, ou préférée, éventuellement en raison des conditions de croissance et de traitement. Une orientation aléatoire peut être obtenue par laminage croisé du matériau. Si un tel échantillon était suffisamment laminé dans une direction, il pourrait développer une structure à grains orientés dans la direction de laminage. C’est ce qu’on appelle l’orientation préférée. Dans de nombreux cas, l’orientation préférée est très souhaitable, mais dans d’autres cas, elle peut être très nocive. Par exemple, l’orientation préférée des éléments combustibles à l’uranium peut entraîner des changements catastrophiques de dimensions pendant l’utilisation dans un réacteur nucléaire.
Référence spéciale: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
References :
Science des matériaux:
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Structure cristalline
Nous espérons que cet article, Structure des grains – Grains dans les matériaux cristallins , vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
En cristallographie, le facteur de tassement atomique (APF), l’efficacité de tassement ou la fraction de tassement est la somme des volumes de sphère de tous les atomes d’une cellule unitaire (en supposant le modèle de sphère dure atomique) divisé par le volume de la cellule unitaire.
En cristallographie, le facteur de garnissage atomique (APF), l’efficacité de garnissage ou la fraction de garnissage est la somme des volumes de sphère de tous les atomes dans une cellule unitaire (en supposant le modèle de sphère dure atomique) divisé par le volume de la cellule unitaire.
Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Par convention, l’APF est déterminé en supposant que les atomes sont des sphères rigides. Le rayon des sphères est pris comme étant la valeur maximale telle que les atomes ne se chevauchent pas. En science des matériaux, le facteur de garnissage atomique d’une cellule unitaire explique de nombreuses propriétés des matériaux. Par exemple, les métaux avec un facteur de tassement atomique élevé auront une malléabilité ou une ductilité plus élevée, similaire à la façon dont une route est plus lisse lorsque les pierres sont plus proches les unes des autres, permettant aux atomes métalliques de glisser plus facilement les uns sur les autres.
Par exemple, dans un arrangement fcc, une cellule unitaire contient (8 atomes de coin × ⅛) + (6 atomes de face × ½) = 4 atomes. Cette structure, avec son parent hexagonal (hcp), a le garnissage le plus efficace (74%).
References :
Science des matériaux:
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Structure cristalline
Nous espérons que cet article, Atomic Packing Factor – APF, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
La ténacité est la capacité d’un matériau à absorber de l’énergie et à se déformer plastiquement sans se fracturer. La ténacité peut également être définie par rapport aux régions d’un diagramme contrainte-déformation. (pour un faible taux de déformation). La ténacité est liée à l’aire sous la courbe contrainte-déformation.
La ténacité est la capacité d’un matériau à absorber de l’énergie et à se déformer plastiquement sans se fracturer. Une définition de la ténacité (pour taux de déformation élevé, ténacité à la rupture ) est qu’il s’agit d’une propriété qui indique la résistance d’un matériau à la rupture lorsqu’une fissure (ou un autre défaut de concentration de contrainte) est présente. La ténacité est généralement mesurée par le test Charpy ou le test Izod. Le test d’impact mesure la ténacité dans des conditions de chargement soudain et la présence de défauts tels que des encoches ou des fissures qui concentreront les contraintes aux points faibles. La ténacité est définie comme le travail nécessaire pour déformer un pouce cube de métal jusqu’à ce qu’il se fracture.
La ténacité peut également être définie par rapport aux régions d’un diagramme contrainte-déformation (pour un faible taux de déformation). La ténacité est liée à l’ aire sous la courbe contrainte-déformation. La courbe contrainte-déformation mesure la ténacité sous une charge progressivement croissante. La ténacité à la traction est mesurée en unités de joule par mètre cube (J·m−3) dans le système SI. Pour être résistant, un matériau doit être à la fois résistant et ductile. La figure suivante montre une courbe contrainte-déformation typique d’un matériau ductile et d’un matériau fragile. Par exemple, les matériaux fragiles (comme la céramique) qui sont solides mais avec une ductilité limitée ne sont pas résistants ; à l’inverse, les matériaux très ductiles avec de faibles résistances ne sont pas non plus tenaces. Pour être résistant, un matériau doit résister à la fois à des contraintes élevées et à des déformations élevées.
Résistance à l’entaille
La ténacité de l’entaille est la mesure de l’énergie absorbée (énergie d’impact) lors de la rupture d’un spécimen (en présence d’un défaut – généralement une entaille en V) de dimensions et de géométrie standard lorsqu’il est soumis à une charge très rapide (impact). Comme mentionné précédemment, en présence d’un défaut, tel qu’une entaille ou une fissure, un matériau présentera probablement un niveau de ténacité inférieur. Les essais de choc Charpy et Izod permettent de mesurer ce paramètre important pour évaluer le comportement de transition ductile à fragile d’un matériau. De même que pour la ténacité à la traction, la ténacité à l’entaille est mesurée en unités de joule par mètre cube (J·m−3) dans le système SI, mais dans ce cas, nous mesurons la surface à la position de l’entaille.
Ductilité
Certains matériaux cassent très brusquement, sans déformation plastique, dans ce qu’on appelle une rupture fragile. D’autres, qui sont plus ductiles, y compris la plupart des métaux, subissent une certaine déformation plastique et éventuellement une striction avant la rupture. En science des matériaux, la ductilité est la capacité d’un matériau à subir de grandes déformations plastiques avant la rupture et c’est l’une des caractéristiques très importantes que les ingénieurs prennent en compte lors de la conception. La ductilité peut être exprimée en pourcentage d’allongement ou en pourcentage de réduction de surface à partir d’un essai de traction. La ductilité est un facteur important permettant à une structure de survivre à des charges extrêmes, telles que celles dues à de grands changements de pression, des tremblements de terre et des ouragans, sans subir de défaillance ou d’effondrement soudain. Il est défini comme:
Force
En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.
Mesure de la ténacité – Essais d’impact
Comme cela a été écrit, la ténacité peut être mesurée par le test Charpy ou le test Izod. Ces deux tests d’impact normalisés, le Charpy et l’Izod, sont utilisés pour mesurer l’ énergie d’impact (parfois également appelée ténacité à l’entaille). La technique Charpy V-notch (CVN) est la plus couramment utilisée. Ces deux tests utilisent un échantillon entaillé de section définie. Pour ces conditions de chargement dynamique et lorsqu’une entaille est présente, nous utilisons la ténacité à l’entaille. L’emplacement et la forme de l’encoche sont standards. Les points d’appui de l’échantillon, ainsi que l’impact du marteau, doivent avoir une relation constante avec l’emplacement de l’entaille.
Les tests sont effectués en montant les échantillons comme indiqué sur la figure et en laissant tomber un pendule d’un poids connu d’une hauteur définie. La hauteur à partir de laquelle le pendule est tombé, moins la hauteur à laquelle il s’est élevé après avoir déformé l’échantillon, multipliée par le poids du pendule est une mesure de l’énergie absorbée par l’échantillon lors de sa déformation lors de l’impact avec le pendule. Plus la quantité d’énergie absorbée par l’échantillon est grande, plus l’oscillation vers le haut du pendule sera faible et plus le matériau sera résistant.
L’indication de la ténacité est relative et applicable uniquement aux cas impliquant exactement ce type d’échantillon et de méthode de chargement.
Essai de choc Charpy. Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Un échantillon de forme différente donnera un résultat entièrement différent. Les encoches confinent la déformation à un petit volume de métal qui réduit la ténacité. L’essai de choc Izod est similaire à l’essai de choc Charpy mais utilise une disposition différente de l’éprouvette testée. L’essai d’impact Izod diffère de l’essai d’impact Charpy en ce que l’échantillon est maintenu dans une configuration de poutre en porte-à-faux par opposition à une configuration de flexion à trois points.
Température de transition ductile-fragile
Fracture fragile du Liberty Ship américain Esso Manhattan
Comme cela a été écrit, la distinction entre fragilité et ductilité n’est pas évidente, en particulier parce que la ductilité et le comportement fragile dépendent non seulement du matériau en question, mais également de la température (transition ductile-fragile) du matériau. L’effet de la température sur la nature de la fracture est d’une importance considérable. De nombreux aciers présentent une rupture ductile à des températures élevées et une rupture fragile à basse température . La température au-dessus de laquelle un matériau est ductile et en dessous de laquelle il est cassant est appelée température de transition ductile-fragile(DBTT), température de ductilité nulle (NDT) ou température de transition de ductilité nulle. Cette température n’est pas précise mais varie en fonction des traitements mécaniques et thermiques préalables et de la nature et des quantités d’impuretés. Il peut être déterminé par une certaine forme de test de chute de poids (par exemple, les tests Charpy ou Izod).
La température de transition ductile-fragile (DBT) est la température à laquelle l’énergie de rupture passe en dessous d’une valeur prédéterminée (par exemple 40 J pour un essai de choc Charpy standard). La ductilité est une exigence essentielle pour les aciers utilisés dans la construction des composants du réacteur, tels que la cuve du réacteur. Par conséquent, le DBTT est important dans l’exploitation de ces navires. Dans ce cas, la taille du grain détermine les propriétés du métal. Par exemple, une taille de grain plus petite augmente la résistance à la traction, tend à augmenter la ductilité et entraîne une diminution du DBTT. Taille d’un grainest maîtrisée par le traitement thermique dans le cahier des charges et la fabrication des cuves des réacteurs. Le DBTT peut également être abaissé par de petites additions d’éléments d’alliage sélectionnés tels que le nickel et le manganèse aux aciers à faible teneur en carbone.
Typiquement, les aciers faiblement alliés de la cuve sous pression du réacteur sont des aciers ferritiques qui présentent le comportement classique de transition ductile à fragile avec une température décroissante. Cette température de transition est de la plus haute importance lors du réchauffement de l’installation.
Modes de défaillance:
Région de faible ténacité: le principal mode de rupture est la rupture fragile (clivage transgranulaire). Dans la rupture fragile, aucune déformation plastique apparente n’a lieu avant la rupture. Les fissures se propagent rapidement.
Région à haute ténacité: le principal mode de rupture est la rupture ductile (rupture par cisaillement). Dans la rupture ductile, une déformation plastique importante (rétrécissement) a lieu avant la rupture. La rupture ductile est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture.
Dans certains matériaux, la transition est plus nette que d’autres et nécessite généralement un mécanisme de déformation sensible à la température. Par exemple, dans les matériaux avec un réseau cubique centré sur le corps (bcc), le DBTT est facilement apparent, car le mouvement des dislocations de visest très sensible à la température car le réarrangement du noyau de dislocation avant le glissement nécessite une activation thermique. Cela peut être problématique pour les aciers à forte teneur en ferrite. Cela a entraîné de graves fissures dans la coque des navires Liberty dans les eaux plus froides pendant la Seconde Guerre mondiale, provoquant de nombreux naufrages. Les récipients étaient construits en un alliage d’acier qui possédait une ténacité adéquate selon les essais de traction à température ambiante. Les ruptures fragiles se sont produites à des températures ambiantes relativement basses, à environ 4°C (40°F), au voisinage de la température de transition de l’alliage. Il convient de noter que les métaux FCC à faible résistance (par exemple, les alliages de cuivre) et la plupart des HCPles métaux ne subissent pas de transition ductile à fragile et restent résistants même à des températures plus basses. D’autre part, de nombreux métaux à haute résistance (par exemple les aciers à très haute résistance) ne connaissent pas non plus de transition ductile à fragile, mais, dans ce cas, ils restent très fragiles.
Le DBTT peut également être influencé par des facteurs externes tels que le rayonnement neutronique, ce qui entraîne une augmentation des défauts du réseau interne et une diminution correspondante de la ductilité et une augmentation du DBTT.
Fragilisation par irradiation
Au cours de l’exploitation d’une centrale nucléaire, le matériau de la cuve sous pression du réacteur et le matériau des autres internes du réacteur sont exposés au rayonnement neutronique (en particulier aux neutrons rapides > 0,5 MeV), ce qui entraîne une fragilisation localisée de l’acier et des soudures dans le réacteur zone du cœur du réacteur. Ce phénomène, connu sous le nom de fragilisation par irradiation, entraîne une augmentation constante du DBTT. Il est peu probable que le DBTT s’approche de la température de fonctionnement normale de l’acier. Cependant, il est possible que lors de l’arrêt du réacteur ou lors d’un refroidissement anormal, la température tombe en dessous de la valeur DBTT alors que la pression interne est encore élevée. Par conséquent, les autorités de réglementation nucléaire exigent qu’un programme de surveillance des matériaux de la cuve du réacteur soit mené dans les réacteurs de puissance refroidis à l’eau.
La fragilisation par irradiation peut entraîner une perte de résistance à la rupture. Typiquement, les aciers faiblement alliés de la cuve sous pression du réacteur sont des aciers ferritiques qui présentent le comportement classique de transition ductile à fragile avec une température décroissante. Cette température de transition est de la plus haute importance lors du réchauffement de l’installation.
Modes de défaillance:
Région de faible ténacité: le principal mode de rupture est la rupture fragile (clivage transgranulaire). Dans la rupture fragile, aucune déformation plastique apparente n’a lieu avant la rupture. Les fissures se propagent rapidement.
Région à haute ténacité: le principal mode de rupture est la rupture ductile (rupture par cisaillement). Dans la rupture ductile, une déformation plastique importante (rétrécissement) a lieu avant la rupture. La rupture ductile est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture.
L’irradiation neutronique tend à augmenter la température (température de transition ductile-fragile) à laquelle cette transition se produit et tend à diminuer la ténacité ductile.
Fracture du matériau
Une fracture est la séparation d’un objet ou d’un matériau en deux ou plusieurs morceaux sous l’action d’une contrainte. Les ingénieurs doivent comprendre les mécanismes de rupture. Il existe des ruptures (par exemple rupture fragile), qui se produisent dans des conditions spécifiques sans avertissement et peuvent causer des dommages importants aux matériaux. La fracture fragile survient soudainement et de manière catastrophique sans aucun avertissement. Ceci est une conséquence de la propagation spontanée et rapide des fissures. Cependant, pour la rupture ductile, la présence d’une déformation plastique signale l’imminence d’une rupture, permettant de prendre des mesures préventives. Une compréhension détaillée de la manière dont la rupture se produit dans les matériaux peut être facilitée par l’étude de la mécanique de la rupture.
Dans l’essai de traction, le point de rupture est le point de déformation où le matériau se sépare physiquement. À ce point, la déformation atteint sa valeur maximale et le matériau se rompt effectivement, même si la contrainte correspondante peut être inférieure à la résistance ultime à ce point. Les matériaux ductiles ont une résistance à la rupture inférieure à la résistance ultime à la traction(UTS), alors que dans les matériaux fragiles, la résistance à la rupture est équivalente à l’UTS. Si un matériau ductile atteint sa résistance ultime à la traction dans une situation de charge contrôlée, il continuera à se déformer, sans application de charge supplémentaire, jusqu’à ce qu’il se rompe. Cependant, si le chargement est contrôlé en déplacement, la déformation du matériau peut soulager la charge, empêchant la rupture. Il est possible de distinguer certaines caractéristiques communes entre les courbes contrainte-déformation de divers groupes de matériaux. Sur cette base, il est possible de diviser les matériaux en deux grandes catégories; à savoir:
Matériaux ductiles. La ductilité est la capacité d’un matériau à s’allonger en traction. Un matériau ductile se déformera (s’allongera) plus qu’un matériau fragile. Les matériaux ductiles présentent de grandes déformations avant rupture. Dans la rupture ductile, une déformation plastique importante (rétrécissement) a lieu avant la rupture. Rupture ductile (rupture par cisaillement) est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture. Tout processus de rupture implique deux étapes, la formation et la propagation de fissures, en réponse à une contrainte imposée. Le mode de rupture est fortement dépendant du mécanisme de propagation des fissures. Les fissures dans les matériaux ductiles sont dites stables (c’est-à-dire qu’elles résistent à l’extension sans augmentation de la contrainte appliquée). Pour les matériaux fragiles, les fissures sont instables. Cela signifie que la propagation des fissures, une fois commencée, se poursuit spontanément sans augmentation du niveau de contrainte. La ductilité est souhaitable dans les applications à haute température et haute pression dans les réacteurs en raison des contraintes supplémentaires sur les métaux. La ductilité élevée dans ces applications aide à prévenir les ruptures fragiles.
Matériaux fragiles. Les matériaux fragiles, lorsqu’ils sont soumis à des contraintes, se rompent avec peu de déformation élastique et sans déformation plastique importante. Les matériaux fragiles absorbent relativement peu d’énergie avant la rupture, même ceux à haute résistance. En cas de rupture fragile (clivage transgranulaire), aucune déformation plastique apparente n’a lieu avant la rupture. En cristalographie, le clivage est la tendance des matériaux cristallins à se diviser le long de plans structurels cristallographiques définis. Tout processus de rupture implique deux étapes, la formation et la propagation de fissures, en réponse à une contrainte imposée. Le mode de rupture est fortement dépendant du mécanisme de propagation des fissures. Pour les matériaux fragiles ,les fissures sont instables. Cela signifie que la propagation des fissures, une fois commencée, se poursuit spontanément sans augmentation du niveau de contrainte. Les fissures se propagent rapidement (vitesse du son) et se produisent à des vitesses élevées – jusqu’à 2133,6 m/s dans l’acier. Il convient de noter qu’une taille de grain plus petite , une température plus élevée et une contrainte plus faible ont tendance à atténuer l’initiation des fissures. Une taille de grain plus grande, des températures plus basses et une contrainte plus élevée ont tendance à favoriser la propagation des fissures. Il existe un niveau de contrainte en dessous duquel une fissure ne se propagera à aucune température. C’est ce qu’on appelle la contrainte de propagation de rupture inférieure. Pour une rupture fragile, la surface de rupture est relativement plate et perpendiculaire à la direction de la charge de traction appliquée. En général, la rupture fragile nécessite trois conditions:
Défaut tel qu’une fissure
Contrainte suffisante pour développer une petite déformation en pointe de fissure
Température égale ou inférieure au DBTT
Fissuration par corrosion
L’un des problèmes métallurgiques les plus graves et une préoccupation majeure dans l’industrie nucléaire est la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). La fissuration par corrosion sous contrainte résulte de l’ action combinée d’une contrainte de traction appliquée et d’un environnement corrosif, les deux influences sont nécessaires. La SCC est un type de corrosion par attaque intergranulaire qui se produit aux joints de grains sous contrainte de traction. Il a tendance à se propager lorsque la contrainte ouvre des fissures sujettes à la corrosion, qui sont ensuite corrodées davantage, affaiblissant le métal en se fissurant davantage. Les fissures peuvent suivre des chemins intergranulaires ou transgranulaires, et il y a souvent une tendance à la ramification des fissures. Le comportement à la rupture est caractéristique de celui d’un matériau fragile, même si l’alliage métallique est intrinsèquement ductile. Le SCC peut entraîner une défaillance soudaine et inattendue d’alliages métalliques normalement ductiles soumis à une contrainte de traction, en particulier à température élevée. Le SCC est chimiquement très spécifique en ce sens que certains alliages sont susceptibles de subir un SCC uniquement lorsqu’ils sont exposés à un petit nombre d’environnements chimiques.
Les moyens les plus efficaces de prévenir le SCC dans les systèmes de réacteur sont:
concevoir correctement
réduire le stress
éliminer les espèces environnementales critiques telles que les hydroxydes, les chlorures et l’oxygène
éviter les zones stagnantes et les crevasses dans les échangeurs de chaleur où le chlorure et l’hydroxyde pourraient se concentrer.
La fissuration par corrosion sous contrainte peut provoquer, par exemple, une défaillance de la barre de combustible nucléaire après des changements de puissance inappropriés, un mouvement de la barre et le démarrage de la centrale. Certains aciers inoxydables austénitiques et alliages d’aluminium se fissurent en présence de chlorures et l’acier doux se fissure en présence d’alcali (fissuration à la chaudière). Les aciers faiblement alliés sont moins sensibles que les aciers fortement alliés, mais ils sont sujets au SCC dans l’eau contenant des ions chlorure. Les alliages à base de nickel, cependant, ne sont pas affectés par les ions chlorure ou hydroxyde. Un exemple d’alliage à base de nickel résistant à la fissuration par corrosion sous contrainte est l’inconel.
Référence spéciale: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
La fissuration par corrosion sous contrainte en tant que mécanisme de défaillance du combustible
La gaine empêche les produits de fission radioactifs de s’échapper de la matrice combustible dans le caloporteur du réacteur et de le contaminer. Il existe diverses causes profondes de panne de carburant, qui ont été identifiées dans le passé. Aux premières dates d’exploitation des REP et des REB, ces causes étaient principalement des défauts de fabrication ou des frottements. L’une des causes possibles est également l’interaction pastille-gaine (PCI), qui peut être causée par une fissuration par corrosion sous contrainte. La fissuration par corrosion sous contrainte peut provoquer, par exemple, une défaillance de la barre de combustible nucléaire après des changements de puissance inappropriés, un mouvement de la barre et le démarrage de la centrale.
Dans les conditions de fonctionnement nominales, la température des pellets est d’environ 1 000 °C au centre, 400 à 500 °C à la périphérie. En cas d’augmentation importante de puissance, la température au centre des pastilles augmente fortement (> 1 500 °C, voire > 2 000 °C). Dans ce cas, une différence de dilatations thermiques entre la gaine combustible et les pastilles combustibles provoque une augmentation des contraintes dans la gaine combustible. La défaillance du combustible PCI est causée par une fissuration par corrosion sous contrainte sur la surface intérieure de la gaine, qui résulte des effets combinés de l’expansion des pastilles de combustible (en particulier au niveau des fissures radiales des pastilles et de la présence d’un environnement agressif de produits de fission (en particulier l’iode gazeux). Une telle défaillance se produit, expérimentalement, après un temps de maintien d’une à quelques minutes, à des niveaux de puissance élevés et soutenus.
Référence spéciale: CEA, Direction de l’énergie nucléaire. Combustibles nucléaires, ISBN 978-2-281-11345-7
Fragilisation par l’hydrogène
La fragilisation par l’hydrogène est l’une des nombreuses formes de fissuration par corrosion sous contrainte. La fragilisation par l’hydrogène résulte de l’action combinée d’une contrainte de traction appliquée et d’un environnement hydrogène corrosif, les deux influences sont nécessaires. Dans ce cas, l’agent corrosif est l’hydrogène sous sa forme atomique (H par opposition à la forme moléculaire, H2), qui diffuse de manière interstitielle à travers le réseau cristallin, et des concentrations aussi faibles que plusieurs parties par million peuvent entraîner des fissures. Bien que la fragilisation des matériaux prenne de nombreuses formes, la fragilisation par l’hydrogène dans les aciers à haute résistance a l’effet le plus dévastateur en raison de la nature catastrophique des ruptures lorsqu’elles se produisent. La fragilisation par l’hydrogène est le processus par lequel l’acier perd sa ductilité et sa résistance en raison de minuscules fissures résultant de la pression interne de l’hydrogène (H2), qui se forme aux joints de grains. Dans le cas des aciers, l’hydrogène diffuse ensuite le long des joints de grains et se combine avec le carbone pour former du gaz méthane. Le gaz méthane s’accumule dans de petits vides le long des joints de grains, où il accumule d’énormes pressions qui déclenchent des fissures et diminuent la ductilité de l’acier. Si le métal est soumis à une contrainte de traction élevée, une rupture fragile peut se produire.
C’est un processus complexe qui n’est pas complètement compris en raison de la variété et de la complexité des mécanismes qui peuvent conduire à la fragilisation. Un certain nombre de mécanismes ont été proposés pour expliquer la fragilisation par l’hydrogène. Les mécanismes qui ont été proposés pour expliquer la fragilisation comprennent la formation d’hydrures fragiles, la création de vides pouvant conduire à des bulles et à l’accumulation de pression dans un matériau. L’hydrogène est introduit à la surface d’un métal et des atomes d’hydrogène individuels diffusent à travers la structure métallique. Étant donné que la solubilité de l’hydrogène augmente à des températures plus élevées, l’augmentation de la température peut augmenter la diffusion de l’hydrogène.
Pour que la fragilisation par l’hydrogène se produise, une combinaison de trois conditions est requise:
la présence et la diffusion d’hydrogène
un matériau sensible
stress
Dans les alliages de zirconium, la fragilisation par l’hydrogène est causée par l’hydruration du zirconium. Dans les réacteurs nucléaires, le terme « fragilisation par l’hydrogène » fait généralement référence à la fragilisation des alliages de zirconium provoquée par l’hydruration du zirconium.
Référence spéciale: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Fragilisation par l’hydrogène des alliages de zirconium
La gaine empêche les produits de fission radioactifs de s’échapper de la matrice combustible dans le caloporteur du réacteur et de le contaminer. Il existe diverses causes profondes de panne de carburant, qui ont été identifiées dans le passé. Aux premières dates d’exploitation des REP et des REB, ces causes étaient principalement des défauts de fabrication ou des frottements. Une des causes possibles est également:
Hydratation interne. L’inclusion par inadvertance de matériaux contenant de l’hydrogène à l’intérieur d’une barre de combustible peut entraîner une hydruration et donc une fragilisation de la gaine de combustible. Les sources d’hydrogène étaient principalement l’humidité résiduelle ou la contamination organique dans les pastilles/barres de combustible. Cette cause de défaillance a été pratiquement éliminée grâce à une fabrication améliorée.
Fissuration retardée par les hydrures (DHC). La fissuration retardée par les hydrures est l’initiation et la propagation des fissures en fonction du temps à travers la fracture des hydrures qui peuvent se former en avant de la pointe de la fissure. Ce type de défaillance peut être initié par de longues fissures à la surface extérieure du revêtement, qui peuvent se propager dans une direction axiale/radiale. Ce mécanisme de défaillance peut potentiellement limiter le fonctionnement à taux de combustion élevé.
L’agent agressif à cet égard est l’eau du circuit primaire, à une température d’environ 300°C. Celle-ci oxyde le zirconium selon la réaction:
Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2
entraînant la formation d’oxyde solide à la surface du métal.
Une partie de l’hydrogène produit par la corrosion du zirconium dans l’eau se combine avec le zirconium pour former une phase séparée de plaquettes d’hydrure de zirconium (ZrH1.5). L’hydrogène migre sous l’effet du gradient thermique pour s’accumuler dans les régions les moins chaudes, formant des hydrures susceptibles de fragiliser la gaine, lors du refroidissement du combustible. Le métal se fragilise alors (la ductilité diminue) et se casse facilement. Des fissures commencent à se former dans les plaquettes d’hydrure de zirconium et se propagent à travers le métal.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Propriétés des matériaux
Nous espérons que cet article, Endurance, vous aide. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
Tous les solides ne sont pas des monocristaux. Lorsqu’un métal commence par cristalliser, le changement de phase commence par de petits cristaux qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline.
Un matériau cristallin est un matériau dans lequel les atomes sont situés dans un réseau répétitif ou périodique sur de grandes distances atomiques, c’est-à-dire qu’il existe un ordre à longue portée, tel que lors de la solidification, les atomes se positionneront dans un motif tridimensionnel répétitif, en où chaque atome est lié à ses atomes voisins les plus proches. Tous les solides ne sont pas des monocristaux. Par exemple, lorsque l’eau liquide commence à geler, le changement de phase commence par de petits cristaux de glace qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc de glace final, chacun des petits cristaux (appelés « grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est brisé aujoints de grains.
Structure polycristalline
Grains et limites Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Tous les solides ne sont pas des monocristaux (par exemple, les semi- conducteurs de silicium). La plupart des solides cristallins sont composés d’un ensemble de nombreux petits cristaux ou grains de taille et d’orientation variables. Ceux-ci ont des orientations cristallographiques aléatoires. Lorsqu’un métal commence par cristalliser, le changement de phase commence par de petits cristaux qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc final de matériau solide, chacun des petits cristaux (appelés « grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est rompu à les joints de grains. Les grains et les joints de grains aident à déterminer les propriétés d’un matériau.
Les grains, aussi appelés cristallites, sont des cristaux petits voire microscopiques qui se forment par exemple lors du refroidissement de nombreux matériaux (cristallisation). Une caractéristique très importante d’un métal est la taille moyenne du grain. La taille du grain détermine les propriétés du métal. Par exemple, une taille de grain plus petite augmente la résistance à la traction et tend à augmenter la ductilité. Une taille de grain plus grande est préférée pour améliorer les propriétés de fluage à haute température. Le fluage est la déformation permanente qui augmente avec le temps sous une charge ou une contrainte constante. Le fluage devient progressivement plus facile avec l’augmentation de la température.
Limites de grains. La limite de grain fait référence à la zone extérieure d’un grain qui le sépare des autres grains. Les joints de grains séparent des régions cristallines diversement orientées (polycristallines) dans lesquelles les structures cristallines sont identiques. Les joints de grains sont des défauts 2D dans la structure cristalline et ont tendance à diminuer la conductivité électrique et thermique du matériau. La plupart des joints de grains sont des sites privilégiés pour l’apparition de la corrosion et pour la précipitation de nouvelles phases à partir du solide. Ils sont également importants pour de nombreux mécanismes de fluage. D’autre part, les joints de grains perturbent le mouvement des dislocations à travers un matériau. La propagation des dislocations est entravée en raison du champ de contraintes de la région du défaut aux joints de grains et du manque de plans et de directions de glissement et d’alignement global à travers les joints. Par conséquent, la réduction de la taille des cristallites est un moyen courant d’améliorer la résistance mécanique, car les grains plus petits créent plus d’obstacles par unité de surface du plan de glissement.
References :
Science des matériaux:
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Structure cristalline
Nous espérons que cet article, Structure polycristalline – Matériaux polycristallins, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
Le joint de grain fait référence à la zone extérieure d’un grain qui le sépare des autres grains. Les joints de grains séparent des régions cristallines diversement orientées (polycristallines) dans lesquelles les structures cristallines sont identiques.
Grains et limites Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Tous les solides ne sont pas des monocristaux (par exemple, les semi- conducteurs de silicium). La plupart des solides cristallins sont composés d’un ensemble de nombreux petits cristaux ou grains de taille et d’orientation variables. Ceux-ci ont des orientations cristallographiques aléatoires. Lorsqu’un métal commence par cristalliser, le changement de phase commence par de petits cristaux qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc final de matériau solide, chacun des petits cristaux (appelés « grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est rompu à les joints de grains. Les grains et les joints de grains aident à déterminer les propriétés d’un matériau.
Les grains, aussi appelés cristallites, sont des cristaux petits voire microscopiques qui se forment par exemple lors du refroidissement de nombreux matériaux (cristallisation). Une caractéristique très importante d’un métal est la taille moyenne du grain. La taille du grain détermine les propriétés du métal. Par exemple, une taille de grain plus petite augmente la résistance à la traction et tend à augmenter la ductilité. Une taille de grain plus grande est préférée pour améliorer les propriétés de fluage à haute température. Le fluage est la déformation permanente qui augmente avec le temps sous une charge ou une contrainte constante. Le fluage devient progressivement plus facile avec l’augmentation de la température.
Limites de grains. La limite de grain fait référence à la zone extérieure d’un grain qui le sépare des autres grains. Les joints de grains séparent des régions cristallines diversement orientées (polycristallines) dans lesquelles les structures cristallines sont identiques. Les joints de grains sont des défauts 2D dans la structure cristalline et ont tendance à diminuer la conductivité électrique et thermique du matériau. La plupart des joints de grains sont des sites privilégiés pour l’apparition de la corrosion et pour la précipitation de nouvelles phases à partir du solide. Ils sont également importants pour de nombreux mécanismes de fluage. D’autre part, les joints de grains perturbent le mouvement des dislocations à travers un matériau. La propagation des dislocations est entravée en raison du champ de contraintes de la région du défaut aux joints de grains et du manque de plans et de directions de glissement et d’alignement global à travers les joints. Par conséquent, la réduction de la taille des cristallites est un moyen courant d’améliorer la résistance mécanique, car les grains plus petits créent plus d’obstacles par unité de surface du plan de glissement.
Orientation des grains
Orientation du grain (A) Aléatoire (B) Préférée Source: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
L’ orientation des cristallites peut être aléatoire sans direction préférée, appelée texture aléatoire, ou préférée, éventuellement en raison des conditions de croissance et de traitement. Une orientation aléatoire peut être obtenue par laminage croisé du matériau. Si un tel échantillon était suffisamment laminé dans une direction, il pourrait développer une structure à grains orientés dans la direction de laminage. C’est ce qu’on appelle l’orientation préférée. Dans de nombreux cas, l’orientation préférée est très souhaitable, mais dans d’autres cas, elle peut être très nocive. Par exemple, l’orientation préférée des éléments combustibles à l’uranium peut entraîner des changements catastrophiques de dimensions pendant l’utilisation dans un réacteur nucléaire.
Référence spéciale: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
References :
Science des matériaux :
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Structure cristalline
Nous espérons que cet article, Limites de grain – Taille de grain, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
Le polymorphisme est lié à l’allotropie, qui fait référence aux éléments chimiques. Cela signifie que le polymorphisme est le terme le plus général utilisé pour tout matériau cristallin, y compris les alliages et les éléments chimiques.
Un matériau cristallin est un matériau dans lequel les atomes sont situés dans un réseau répétitif ou périodique sur de grandes distances atomiques, c’est-à-dire qu’il existe un ordre à longue portée, tel que lors de la solidification, les atomes se positionneront dans un motif tridimensionnel répétitif, en où chaque atome est lié à ses atomes voisins les plus proches. Tous les solides ne sont pas des monocristaux. Par exemple, lorsque l’eau liquide commence à geler, le changement de phase commence par de petits cristaux de glace qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc de glace final, chacun des petits cristaux (appelés « grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est brisé au joints de grains.
Polymorphisme et allotropie
Dans la figure, il y a le diagramme de phase fer-carbure de fer (Fe-Fe3C). Le pourcentage de carbone présent et la température définissent la phase de l’alliage fer-carbone et donc ses caractéristiques physiques et ses propriétés mécaniques. Le pourcentage de carbone détermine le type d’alliage ferreux: fer, acier ou fonte. Source: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licence: CC BY-SA 4.0
Certains matériaux cristallins peuvent avoir plus d’une structure cristalline , un phénomène connu sous le nom de polymorphisme. Le polymorphisme est l’apparition de plusieurs formes cristallines d’un matériau. Selon les règles d’équilibre des phases de Gibbs, ces phases cristallines uniques dépendent de variables intensives telles que la thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-pressure-physics/ »>pression et la température. Le polymorphisme est lié à l’ allotropie, qui fait référence aux éléments chimiques. Cela signifie que le polymorphisme est le terme le plus général utilisé pour tout matériau cristallin, y compris les alliages et les éléments chimiques. Chaque polymorphe est en fait un état solide thermodynamique différent et les polymorphes cristallins du même composé présentent des propriétés physiques différentes, telles que la vitesse de dissolution, la forme (angles entre les facettes et taux de croissance des facettes), le point de fusion, etc. Pour cette raison, le polymorphisme est de importance majeure dans la fabrication industrielle des produits cristallins.
Un exemple familier se trouve dans le carbone. Le graphite (un solide mou, noir et floconneux, un conducteur électrique modéré) est le polymorphe stable dans les conditions ambiantes, tandis que le diamant (un cristal extrêmement dur et transparent, avec les atomes de carbone disposés dans un réseau tétraédrique. Un mauvais conducteur électrique. Un excellent conducteur thermique.) se forme à des pressions extrêmement élevées.
De plus, le fer pur a une structure cristalline BCC à température ambiante, qui se transforme en fer FCC à 913 °C. Le zirconium est HCP (alpha) jusqu’à 863 °C, où il se transforme en forme BCC (bêta, zirconium). Le problème est que ces transitions de phase rendent ce matériau très cassant.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Structure cristalline
Nous espérons que cet article, Polymorphisme et allotropie, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
Orientation des grains. L’orientation des cristallites peut être aléatoire sans direction préférée, appelée texture aléatoire, ou préférée, éventuellement en raison des conditions de croissance et de traitement.
Orientation du grain (A) Aléatoire (B) Préférée Source: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
L’ orientation des cristallites peut être aléatoire sans direction préférée, appelée texture aléatoire, ou préférée, éventuellement en raison des conditions de croissance et de traitement. Une orientation aléatoire peut être obtenue par laminage croisé du matériau. Si un tel échantillon était suffisamment laminé dans une direction, il pourrait développer une structure à grains orientés dans la direction de laminage. C’est ce qu’on appelle l’orientation préférée. Dans de nombreux cas, l’orientation préférée est très souhaitable, mais dans d’autres cas, elle peut être très nocive. Par exemple, l’orientation préférée des éléments combustibles à l’uranium peut entraîner des changements catastrophiques de dimensions pendant l’utilisation dans un réacteur nucléaire.
Référence spéciale: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
References :
Science des matériaux:
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Structure cristalline
Nous espérons que cet article, Orientation des grains, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
Défauts microscopiques et défauts macroscopiques dans les matériaux cristallins. Des défauts macroscopiques existent dans tous les matériaux solides qui sont beaucoup plus grands que microscopiques, notamment les pores, les fissures, les inclusions étrangères et d’autres phases.
La classification des défauts cristallographiques (défauts microscopiques) est fréquemment faite en fonction de la géométrie ou de la dimensionnalité du défaut. D’autres défauts macroscopiques existent dans tous les matériaux solides qui sont beaucoup plus grands que microscopiques, notamment les pores, les fissures, les inclusions étrangères et d’autres phases.
Défauts microscopiques
Défauts ponctuels. Les défauts ponctuels ont des dimensions atomiques, de sorte qu’ils ne se produisent qu’au niveau ou autour d’un seul point du réseau. Ils ne sont étendus dans l’espace dans aucune dimension.
Défauts de ligne. Les défauts linéaires sont généralement longs de plusieurs atomes. Les défauts de ligne sont appelés dislocations et ne se produisent que dans les matériaux cristallins. Les dislocations sont particulièrement importantes en science des matériaux, car elles aident à déterminer la résistance mécanique des matériaux.
Défauts planaires. Un défaut planaire est une discontinuité de la structure cristalline parfaite sur un plan. Les défauts interfaciaux sont des frontières qui ont deux dimensions et des régions normalement séparées des matériaux qui ont des structures cristallines et/ou des orientations cristallographiques différentes.
Défauts macroscopiques
Les défauts macroscopiques tridimensionnels sont appelés défauts massifs. Ils se produisent généralement à une échelle beaucoup plus grande que les défauts microscopiques. Ces défauts macroscopiques sont généralement introduits dans un matériau lors de l’affinage à partir de son état brut ou lors des processus de fabrication. Ceux-ci incluent les fissures, les pores, les inclusions étrangères et d’autres phases. Le travail et le forgeage des métaux peuvent provoquer des fissures qui agissent comme des concentrateurs de contraintes et fragilisent le matériau. Tout défaut de soudure ou d’assemblage peut également être classé comme défaut global.
Défauts tridimensionnels macroscopiques ou massifs, tels que pores, fissures ou inclusions.
Vides – petites régions où il n’y a pas d’atomes et qui peuvent être considérées comme des grappes de lacunes.
Les impuretés peuvent se regrouper pour former de petites régions d’une phase différente. Ceux-ci sont souvent appelés précipités.
References :
Science des matériaux:
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Défauts cristallographiques
Nous espérons que cet article, Défauts microscopiques et défauts macroscopiques dans les matériaux cristallins, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
Les défauts ponctuels ont des dimensions atomiques, de sorte qu’ils ne se produisent qu’au niveau ou autour d’un seul point du réseau. Ils ne sont étendus dans l’espace dans aucune dimension.
Comme cela a été écrit , un matériau cristallin est un matériau dans lequel les atomes sont situés dans un réseau répétitif ou périodique sur de grandes distances atomiques, c’est-à-dire qu’il existe un ordre à longue portée, tel que lors de la solidification, les atomes se positionneront dans un ordre répétitif à trois modèle dimensionnel, dans lequel chaque atome est lié à ses atomes voisins les plus proches. Mais la réalité est différente, les vrais cristaux ne sont jamais parfaits. Il y a toujours des défauts. L’influence de ces défauts n’est pas toujours défavorable, et souvent des caractéristiques spécifiques sont délibérément façonnées par l’introduction de quantités ou de nombres contrôlés de défauts particuliers.
Défauts ponctuels
Les défauts ponctuels ont des dimensions atomiques, de sorte qu’ils ne se produisent qu’au niveau ou autour d’un seul point du réseau. Ils ne sont étendus dans l’espace dans aucune dimension. Les imperfections ponctuelles dans les cristaux peuvent être divisées en trois catégories principales de défauts.
Défauts de vacance. Les défauts de vacance résultent d’un atome manquant dans une position du réseau. La stabilité de la structure cristalline environnante garantit que les atomes voisins ne s’effondreront pas simplement autour de la lacune. Le type de défaut de lacune peut résulter d’un tassement imparfait pendant le processus de cristallisation, ou il peut être dû à des vibrations thermiques accrues des atomes provoquées par une température élevée. Tous les solides cristallins contiennent des lacunes et, en fait, il n’est pas possible de créer un tel matériau exempt de ces défauts. Une lacune (ou une paire de lacunes dans un solide ionique) est parfois appelée défaut de Schottky. Ce défaut ponctuel se forme lorsque des ions chargés de manière opposée quittent leurs sites de réseau, créant des lacunes. Ces lacunes sont formées en unités stoechiométriques, pour maintenir une charge globalement neutre dans le solide ionique.
Défauts de substitution. En raison des limitations fondamentales des méthodes de purification des matériaux, les matériaux ne sont jamais purs à 100 %, ce qui induit par définition des défauts dans la structure cristalline. Les défauts de substitution résultent d’une impureté présente à une position du réseau. Pour le type substitutionnel, les atomes de soluté ou d’impureté remplacent ou se substituent aux atomes hôtes. Plusieurs caractéristiques des atomes de soluté et de solvant déterminent le degré de dissolution du premier dans le second. Celles-ci sont exprimées par les règles de Hume-Rothery. Selon ces règles, des solutions solides de substitution peuvent se former si le soluté et le solvant ont:
De valence similaire, une solution solide se mélange avec d’autres pour former une nouvelle solution
Défauts interstitiels. Les défauts interstitiels résultent d’une impureté située au niveau d’un site interstitiel ou d’un des atomes du réseau se trouvant dans une position interstitielle au lieu d’être à sa position sur le réseau. Un auto-interstitiel est un atome du cristal qui est entassé dans un site interstitiel. Dans les métaux, un auto-interstitiel introduit des distorsions et des contraintes relativement importantes dans le réseau environnant car l’atome est sensiblement plus grand que la position interstitielle dans laquelle il se trouve. Les défauts interstitiels sont généralement des configurations à haute énergie, par contre la formation de ce défaut est peu probable. De petits atomes (principalement des impuretés) dans certains cristaux peuvent occuper des interstices sans haute énergie, comme l’hydrogène.
Défauts de Frenkel. Un défaut de Frenkel ou une paire de Frenkel est une paire voisine d’une lacune et d’un défaut interstitiel. Cela se produit lorsqu’un ion se déplace dans un site interstitiel et crée une vacance. Leur principal mécanisme de génération est l’irradiation des particules. Les défauts de Frenkel sont typiques des dommages causés par les rayonnements causés par les neutrons à haute énergie. Un neutron de 1 MeV peut affecter environ 5000 atomes. La présence de nombreux pics de déplacement modifiera les propriétés du matériau irradié. Un pic de déplacement contient un grand nombre d’interstitiels et de lacunes de réseau.
References :
Science des matériaux:
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Défauts cristallographiques
Nous espérons que cet article, Défauts ponctuels – Défauts cristallographiques, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
La classification des défauts cristallographiques (défauts microscopiques) est fréquemment faite en fonction de la géométrie ou de la dimensionnalité du défaut.
La classification des défauts cristallographiques (défauts microscopiques) est fréquemment faite en fonction de la géométrie ou de la dimensionnalité du défaut. D’autres défauts macroscopiques existent dans tous les matériaux solides qui sont beaucoup plus grands que microscopiques, notamment les pores, les fissures, les inclusions étrangères et d’autres phases.
Défauts microscopiques
Défauts ponctuels. Les défauts ponctuels ont des dimensions atomiques.
Défauts de ligne. Les défauts linéaires ou les dislocations sont généralement longs de plusieurs atomes.
Défauts planaires. Les défauts plans sont plus grands que les défauts linéaires et se produisent sur une zone bidimensionnelle.
Défauts macroscopiques
Défauts en vrac. Défauts tridimensionnels macroscopiques ou massifs, tels que pores, fissures ou inclusions.
Vides. Petites régions, où il n’y a pas d’atomes, et qui peuvent être considérées comme des amas de lacunes.
Impuretés, qui peuvent se regrouper pour former de petites régions d’une phase différente. Ceux-ci sont souvent appelés précipités.
Défauts ponctuels
Les défauts ponctuels ont des dimensions atomiques, de sorte qu’ils ne se produisent qu’au niveau ou autour d’un seul point du réseau. Ils ne sont étendus dans l’espace dans aucune dimension. Les imperfections ponctuelles dans les cristaux peuvent être divisées en trois catégories principales de défauts.
Défauts de vacance. Les défauts de vacance résultent d’un atome manquant dans une position du réseau. La stabilité de la structure cristalline environnante garantit que les atomes voisins ne s’effondreront pas simplement autour de la lacune. Le type de défaut de lacune peut résulter d’un tassement imparfait pendant le processus de cristallisation, ou il peut être dû à des vibrations thermiques accrues des atomes provoquées par une température élevée. Tous les solides cristallins contiennent des lacunes et, en fait, il n’est pas possible de créer un tel matériau exempt de ces défauts. Une lacune (ou une paire de lacunes dans un solide ionique) est parfois appelée défaut de Schottky. Ce défaut ponctuel se forme lorsque des ions chargés de manière opposée quittent leurs sites de réseau, créant des lacunes. Ces lacunes sont formées en unités stoechiométriques, pour maintenir une charge globalement neutre dans le solide ionique.
Défauts de substitution. En raison des limitations fondamentales des méthodes de purification des matériaux, les matériaux ne sont jamais purs à 100 %, ce qui induit par définition des défauts dans la structure cristalline. Les défauts de substitution résultent d’une impureté présente à une position du réseau. Pour le type substitutionnel, les atomes de soluté ou d’impureté remplacent ou se substituent aux atomes hôtes. Plusieurs caractéristiques des atomes de soluté et de solvant déterminent le degré de dissolution du premier dans le second. Celles-ci sont exprimées par les règles de Hume-Rothery. Selon ces règles, des solutions solides de substitution peuvent se former si le soluté et le solvant ont:
De valence similaire, une solution solide se mélange avec d’autres pour former une nouvelle solution
Défauts interstitiels. Les défauts interstitiels résultent d’une impureté située au niveau d’un site interstitiel ou d’un des atomes du réseau se trouvant dans une position interstitielle au lieu d’être à sa position sur le réseau. Un auto-interstitiel est un atome du cristal qui est entassé dans un site interstitiel. Dans les métaux, un auto-interstitiel introduit des distorsions et des contraintes relativement importantes dans le réseau environnant car l’atome est sensiblement plus grand que la position interstitielle dans laquelle il se trouve. Les défauts interstitiels sont généralement des configurations à haute énergie, par contre la formation de ce défaut est peu probable. De petits atomes (principalement des impuretés) dans certains cristaux peuvent occuper des interstices sans haute énergie, comme l’hydrogène.
Défauts de Frenkel. Un défaut de Frenkel ou une paire de Frenkel est une paire voisine d’une lacune et d’un défaut interstitiel. Cela se produit lorsqu’un ion se déplace dans un site interstitiel et crée une vacance. Leur principal mécanisme de génération est l’irradiation des particules. Les défauts de Frenkel sont typiques des dommages causés par les rayonnements causés par les neutrons à haute énergie. Un neutron de 1 MeV peut affecter environ 5000 atomes. La présence de nombreux pics de déplacement modifiera les propriétés du matériau irradié. Un pic de déplacement contient un grand nombre d’interstitiels et de lacunes de réseau.
Défauts de ligne – Dislocations
Les défauts linéaires sont généralement longs de plusieurs atomes. Les défauts de ligne sont appelés dislocations et ne se produisent que dans les matériaux cristallins. Les dislocations sont particulièrement importantes en science des matériaux, car elles aident à déterminer la résistance mécanique des matériaux. Il existe deux types de luxation de base, la luxation de bord et la luxation de vis. Les luxations mixtes, combinant des aspects des deux types, sont également fréquentes. Il est important de noter que les dislocations ne peuvent pas se terminer à l’intérieur d’un cristal. Ils doivent se terminer par un bord de cristal ou une autre dislocation, ou ils doivent se refermer sur eux-mêmes.
Les premières études sur les matériaux ont conduit au calcul des résistances théoriques des cristaux parfaits. Mais ces forces théoriques étaient plusieurs fois supérieures à celles réellement mesurées. Au cours des années 1930, on a émis l’hypothèse que cette différence de résistance mécanique pouvait s’expliquer par un type de défaut cristallin linéaire connu sous le nom de dislocation. Le terme «dislocation» faisant référence à un défaut à l’échelle atomique a été inventé par GI Taylor en 1934.
Luxation des bords
Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
La dislocation de bord est centrée autour de la ligne de dislocation de bord qui est définie le long de l’extrémité du demi-plan supplémentaire d’ atomes. L’imperfection peut s’étendre en ligne droite tout au long du cristal ou elle peut suivre un chemin irrégulier. Il peut également être court, ne s’étendant que sur une petite distance dans le cristal, provoquant un glissement d’une distance atomique le long du plan de glissement (direction dans laquelle l’imperfection du bord se déplace). La déformation plastique macroscopique correspond simplement à une déformation permanente qui résulte du mouvement des dislocations, ou glissement, en réponse à une contrainte de cisaillement appliquée. Luxations peut se déplacer si les atomes de l’un des plans environnants rompent leurs liaisons et renouent avec les atomes au bord de terminaison. Comprendre le mouvement d’une dislocation est essentiel pour comprendre pourquoi les dislocations permettent à la déformation de se produire à des contraintes beaucoup plus faibles que dans un cristal parfait. Le mouvement de dislocation est analogue au mouvement d’une chenille. La chenille devrait exercer une grande force pour déplacer tout son corps à la fois. Au lieu de cela, il déplace légèrement la partie arrière de son corps vers l’avant et crée une bosse. La bosse se déplace alors vers l’avant et éventuellement déplace tout le corps vers l’avant d’une petite quantité. Le glissement se produit lorsque le cristal est soumis à une contrainte, et la dislocation se déplace à travers le cristal jusqu’à ce qu’elle atteigne le bord ou soit arrêtée par une autre dislocation.
Luxation de la vis
Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Les dislocations en vis peuvent être produites par une déchirure du cristal parallèlement à la direction de glissement. Si une dislocation de vis est suivie tout autour d’un circuit complet, elle montrerait un modèle de glissement similaire à celui d’un filetage de vis. Une luxation de vis est beaucoup plus difficile à visualiser. Imaginez couper un cristal le long d’un plan et faire glisser une moitié sur l’autre par un vecteur de réseau, les moitiés s’emboîtant sans laisser de défaut. Le mouvement d’une dislocation de vis est également le résultat d’une contrainte de cisaillement, mais le mouvement de la ligne de défaut est perpendiculaire à la direction de la contrainte et du déplacement de l’atome, plutôt que parallèle.
Le motif peut être gaucher ou droitier. Cela nécessite que certaines des liaisons atomiques soient reformées en continu afin que le cristal ait presque la même forme après avoir cédé qu’il avait auparavant.
Source: William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
Défauts planaires – Défauts interfaciaux
Un défaut planaire est une discontinuité de la structure cristalline parfaite sur un plan. Les défauts interfaciaux sont des frontières qui ont deux dimensions et des régions normalement séparées des matériaux qui ont des structures cristallines et/ou des orientations cristallographiques différentes. Les défauts interfaciaux existent à un angle entre deux faces quelconques d’un cristal ou d’une forme cristalline. Ces imperfections se trouvent au niveau des surfaces libres, des limites de domaine, des joints de grain ou des limites d’interphase.
Limites de grain
Grains et limites Source: Département américain de l’énergie, Science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Un joint de grain est un défaut planaire général qui sépare des régions d’orientation cristalline différente (c’est-à-dire des grains) dans un solide polycristallin. Jusqu’à présent, la discussion s’est concentrée sur les défauts des monocristaux. Cependant, les solides sont généralement constitués d’un certain nombre de cristallites ou de grains de taille et d’orientation variables. Ceux-ci ont des orientations cristallographiques aléatoires. Lorsqu’un métal commence par cristalliser, le changement de phase commence par de petits cristaux qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc final de matière solide, chacun des petits cristaux (appelés « grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est rompu aux joints de grains. Les grains et les joints de grains aident à déterminer les propriétés d’un matériau. Grains peut varier en taille de nanomètres à millimètres de diamètre et leurs orientations sont généralement tournées par rapport aux grains voisins. L’endroit où un grain s’arrête et un autre commence est connu sous le nom de joint de grain.Les joints de grains limitent les longueurs et les mouvements des dislocations.Par conséquent, avoir des grains plus petits (plus de surface de joint de grain) renforce un matériau. La taille des grains peut être contrôlée par la vitesse de refroidissement lorsque le matériau est coulé ou traité thermiquement. Généralement, un refroidissement rapide produit des grains plus petits tandis qu’un refroidissement lent donne des grains plus gros.
Les grains, aussi appelés cristallites, sont des cristaux petits voire microscopiques qui se forment par exemple lors du refroidissement de nombreux matériaux (cristallisation). Une caractéristique très importante d’un métal est la taille moyenne du grain. La taille du grain détermine les propriétés du métal. Par exemple, une taille de grain plus petite augmente la résistance à la traction et tend à augmenter la ductilité. Une taille de grain plus grande est préférée pour améliorer les propriétés de fluage à haute température. Le fluage est la déformation permanente qui augmente avec le temps sous une charge ou une contrainte constante. Le fluage devient progressivement plus facile avec l’augmentation de la température.
Limites de grains. La limite de grain fait référence à la zone extérieure d’un grain qui le sépare des autres grains. Les joints de grains séparent des régions cristallines diversement orientées (polycristallines) dans lesquelles les structures cristallines sont identiques. Les joints de grains sont des défauts 2D dans la structure cristalline et ont tendance à diminuer la conductivité électrique et thermique du matériau. La plupart des joints de grains sont des sites privilégiés pour l’apparition de la corrosion et pour la précipitation de nouvelles phases à partir du solide. Ils sont également importants pour de nombreux mécanismes de fluage. D’autre part, les joints de grains perturbent le mouvement des dislocations à travers un matériau. La propagation des dislocations est entravée en raison du champ de contraintes de la région du défaut aux joints de grains et du manque de plans et de directions de glissement et d’alignement global à travers les joints.
Jumelage – Frontières jumelles
Cristal de pyrite maclée
Le maclage est un phénomène situé entre un défaut cristallographique et un joint de grain. Comme un joint de grain, un joint de macles a des orientations cristallines différentes sur ses deux côtés. Mais contrairement à un joint de grain, les orientations ne sont pas aléatoires, mais liées d’une manière spécifique, en miroir. Une frontière jumelle se produit lorsque les cristaux de chaque côté d’un plan sont des images miroir les uns des autres.
La frontière entre les cristaux maclés sera un seul plan d’atomes. Il n’y a pas de région de désordre et les atomes limites peuvent être considérés comme appartenant aux structures cristallines des deux macles.
Il existe trois modes de formation de cristaux maclés. Les macles sont soit grossies lors de la cristallisation, soit issues d’un travail mécanique ou thermique. Les jumeaux développés sont le résultat d’une interruption ou d’un changement du réseau pendant la formation ou la croissance en raison d’une déformation possible d’un ion de substitution plus grand. Les macles de recuit ou de transformation sont le résultat d’un changement de système cristallin pendant le refroidissement, car une forme devient instable et la structure cristalline doit se réorganiser ou se transformer en une autre forme plus stable. La déformation ou les macles glissantes sont le résultat d’une contrainte sur le cristal après sa formation.
Défauts groupés – Défauts volumiques
Les défauts macroscopiques tridimensionnels sont appelés défauts massifs. Ils se produisent généralement à une échelle beaucoup plus grande que les défauts microscopiques. Ces défauts macroscopiques sont généralement introduits dans un matériau lors de l’affinage à partir de son état brut ou lors des processus de fabrication. Ceux-ci incluent les fissures, les pores, les inclusions étrangères et d’autres phases. Le travail et le forgeage des métaux peuvent provoquer des fissures qui agissent comme des concentrateurs de contraintes et fragilisent le matériau. Tout défaut de soudure ou d’assemblage peut également être classé comme défaut global.
Défauts tridimensionnels macroscopiques ou massifs, tels que pores, fissures ou inclusions.
Vides – petites régions où il n’y a pas d’atomes et qui peuvent être considérées comme des grappes de lacunes.
Les impuretés peuvent se regrouper pour former de petites régions d’une phase différente. Ceux-ci sont souvent appelés précipités.
References :
Science des matériaux:
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir au dessus:
Défauts cristallographiques
Nous espérons que cet article, Classification des défauts cristallographiques – Types, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.
