Qu’est-ce que le raffinement du grain – Renforcement des limites du grain – Définition

Renforcement des métaux

La résistance des métaux et des alliages peut être modifiée par diverses combinaisons de travail à froid, d’alliage et de traitement thermique. Comme indiqué dans la section précédente, la capacité d’un matériau cristallin à se déformer plastiquement dépend en grande partie de la capacité de la dislocation à se déplacer dans un matériau. Par conséquent, empêcher le mouvement des dislocations entraînera le renforcement du matériau. Par exemple, une microstructure avec des grains plus fins se traduit généralement à la fois par une résistance plus élevée et une ténacité supérieure par rapport au même alliage avec des grains physiquement plus gros. En cas de taille de grain, il peut également y avoir un compromis entre les caractéristiques de résistance et de fluage. D’autres mécanismes de renforcement sont obtenus au détriment d’une ductilité et d’une ténacité inférieures. Il existe de nombreux mécanismes de renforcement, notamment:

• Renforcement de solution solide (alliage)
• Ecrouissage (travail à froid)
• Durcissement par précipitation
• Raffinement du grain
• Durcissement par transformation

Raffinement des grains – Renforcement des limites des grains

Le renforcement des joints de grains (ou renforcement Hall – Petch) est une méthode de renforcement des matériaux en modifiant leur taille moyenne de cristallite (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. La diminution de la taille des grains est également un moyen efficace d’augmenter la ductilité. Lorsque la taille des grains est réduite, il y a plus de grains avec un plus grand nombre de plans de glissement arbitrairement alignés pour les dislocations dans les grains. Cela offre plus de possibilités pour qu’un certain glissement se produise dans un matériau sous contrainte. Les joints de grains agissent comme un obstacle au mouvement des dislocations pour les deux raisons suivantes:

1. La dislocation doit changer sa direction de mouvement en raison de l’orientation différente des grains.
2. Discontinuité des plans de glissement du grain un au grain deux.

Ainsi, le raffinement du grain fournit un moyen important d’améliorer non seulement la résistance, mais également la ductilité et la ténacité. De nombreux autres mécanismes de renforcement sont obtenus au détriment de la ductilité et de la ténacité. Pour de nombreux matériaux, la limite d’élasticité σ varie avec la taille des grains selon

σ _y = σ _y,0 + k/d ^x

Dans cette expression, appelée équation de Hall-Petch, k est une constante, d est le diamètre moyen des grains et σ_y,0 est la limite d’élasticité d’origine. Notez que cette équation n’est pas valable à la fois pour les matériaux polycristallins à grains très gros (c’est-à-dire grossiers) et à grains extrêmement fins.

L’effet synergique des éléments d’alliage et du traitement thermique produit une grande variété de microstructures et de propriétés des aciers.

• Vanadium. Le vanadium est généralement ajouté à l’acier pour inhiber la croissance des grains pendant le traitement thermique. En contrôlant la croissance des grains, il améliore à la fois la résistance et la ténacité des aciers trempés et revenus. 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.
• Tungstène. Le tungstène produit des carbures stables et affine la taille des grains afin d’augmenter la dureté, en particulier à haute température. Le tungstène est largement utilisé dans les aciers à outils rapides et a été proposé comme substitut du molybdène dans les aciers ferritiques à activation réduite pour les applications nucléaires.

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Voir ci-dessus:
Travail des métaux