Calcul de Durcissement des Métaux : Écrouissage et Précipitation
Contexte : Le Durcissement des alliages métalliquesEnsemble de procédés visant à augmenter la résistance mécanique (limite élastique, dureté) d'un métal ou d'un alliage..
Un ingénieur en matériaux dans le secteur aéronautique doit valider le procédé de fabrication d'une barre structurale en alliage d'aluminium 2024. Pour des raisons de performance et de sécurité, la pièce doit avoir une résistance mécanique (limite élastique) minimale de 300 MPa. L'ingénieur part d'une barre à l'état recuit (T0) et doit comparer deux options : un durcissement par déformation plastique (laminage à froid, ou écrouissageDurcissement d'un métal par déformation plastique à froid, ce qui augmente la densité de dislocations et donc la résistance.) et un durcissement structural par précipitationTraitement thermique (mise en solution, trempe, vieillissement) qui crée de fins précipités dans la matrice métallique, bloquant les dislocations. (traitement T6).
Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à quantifier et comparer deux des méthodes les plus courantes pour augmenter la résistance des métaux. Vous appliquerez la loi de Hollomon pour l'écrouissage et comparerez ce résultat à un traitement thermique standard.
Objectifs Pédagogiques
- Calculer la déformation vraie (écrouissage) subie par un matériau lors d'un laminage.
- Appliquer la loi de Hollomon pour prédire la nouvelle limite élastique après écrouissage.
- Comprendre le concept de durcissement structural par précipitation (T6).
- Comparer quantitativement les deux méthodes de durcissement pour un cahier des charges donné.
Données de l'étude
Fiche Technique
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Alliage | Aluminium 2024 |
| État initial | Recuit (T0) |
| Épaisseur initiale (h0) | 10 mm |
Schéma du procédé de Laminage à Froid
| Nom du Paramètre | Description ou Formule | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Limite élastique (Recuit, T0) | σe, T0 | 75 | MPa |
| Coefficient de Hollomon | K | 400 | MPa |
| Exposant d'écrouissage | n | 0.18 | - |
| Limite élastique (T6) | σe, T6 | 430 | MPa |
Questions à traiter
- Calculer la déformation vraie (εT) subie par la barre si elle est laminée à une épaisseur finale hf = 7 mm.
- En utilisant la loi de Hollomon (σT = K ⋅ εTn), calculer la nouvelle limite élastique (contrainte vraie, σT) après ce laminage.
- Quelle est la limite élastique de l'alliage s'il subit un traitement thermique de durcissement par précipitation (T6) ?
- Comparer la limite élastique obtenue par écrouissage (Q2) à celle obtenue par précipitation (Q3).
- Si le cahier des charges impose une limite élastique minimale de 300 MPa, quelle(s) solution(s) recommanderiez-vous ?
Les bases sur le Durcissement des Métaux
Pour augmenter la résistance mécanique (limite élastique, dureté) d'un métal, il faut empêcher le mouvement des dislocationsDéfauts linéaires dans la structure cristalline d'un métal dont le mouvement cause la déformation plastique.. L'écrouissage et la précipitation sont deux méthodes très efficaces pour y parvenir.
1. L'Écrouissage (Durcissement par déformation)
Lorsqu'on déforme plastiquement un métal (par laminage, étirage, etc.), on crée de nouvelles dislocations. Ces dislocations interagissent, s'enchevêtrent et se bloquent mutuellement. Plus il y a de dislocations, plus il est difficile de les faire bouger : le métal devient plus dur et plus résistant.
On modélise souvent la relation entre la contrainte vraie (σT) et la déformation vraie (εT) par la loi empirique de Hollomon :
\[ \sigma_T = K \cdot \epsilon_T^n \]
Où \(K\) est le coefficient de résistance et \(n\) l'exposant d'écrouissage (typiquement \(0.1 < n < 0.5\)).
2. Le Durcissement par Précipitation
Cette méthode s'applique à certains alliages (ex: Al-Cu). C'est un traitement thermique en 3 étapes :
- Mise en solution : Chauffage à haute T° pour dissoudre les éléments d'alliage (ex: Cu dans Al).
- Trempe : Refroidissement très rapide pour "figer" les atomes de Cu en solution solide sursaturée.
- Vieillissement : Chauffage contrôlé à basse T° (ou à T° ambiante) qui permet aux atomes de Cu de former de très fins précipités (ex: Al2Cu). Ces précipités sont des obstacles très efficaces au mouvement des dislocations, augmentant drastiquement la résistance.
Correction : Calcul de Durcissement des Métaux : Écrouissage et Précipitation
Question 1 : Calculer la déformation vraie (εT) pour hf = 7 mm.
Principe
Pour les grandes déformations comme le laminage, on utilise la "déformation vraie" (ou logarithmique) car elle est additive. Elle se calcule à partir du rapport des dimensions avant et après déformation. Pour une compression (réduction d'épaisseur), la déformation vraie est négative, mais on utilise sa valeur absolue pour la loi de Hollomon. Par convention, on utilise ici εT = ln(h0/hf) qui est positive.
Mini-Cours
Lors d'une déformation plastique, on suppose que le volume du matériau reste constant (incompressibilité plastique). Pour un laminage de barre où la largeur change peu, on a V0 ≈ Vf, soit A0 L0 ≈ Af Lf. La déformation vraie εT est définie par εT = ∫ (dL/L) = ln(Lf / L0). Par conservation du volume, ln(Lf / L0) = ln(A0 / Af). Pour une tôle, A = l ⋅ h. Si la largeur l est constante, εT = ln(h0 / hf).
Remarque Pédagogique
La déformation "ingénieur" (ε = (hf - h0) / h0) n'est pas adaptée ici car elle ne reflète pas l'historique de déformation. La déformation vraie est fondamentale pour les lois de comportement en plasticité.
Normes
Ce calcul est basé sur les principes fondamentaux de la mécanique des milieux continus (plasticité) et est universellement utilisé en science des matériaux.
Formule(s)
Toute résolution scientifique s'appuie sur des outils mathématiques : les formules. Nous les présentons ici de manière claire et isolée, pour que vous puissiez bien les identifier avant de les utiliser.
Déformation vraie (compression/laminage)
Hypothèses
Avant de calculer, on doit poser un cadre. Les hypothèses sont des simplifications que l'on fait pour que le problème puisse être résolu avec les outils que l'on connaît (par exemple, supposer qu'une poutre est parfaitement droite). C'est essentiel de les connaître car elles définissent les limites de validité de notre résultat.
- Le volume du matériau est conservé durant la déformation plastique.
- La déformation est homogène dans la section (simplification).
- La largeur de la barre ne change pas significativement.
Donnée(s)
Ce sont les chiffres que l'on vous donne au départ dans l'énoncé.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Épaisseur initiale | h0 | 10 | mm |
| Épaisseur finale | hf | 7 | mm |
Astuces
Assurez-vous que h0 et hf sont dans la même unité (ici, mm) pour que le rapport soit adimensionnel. N'oubliez pas d'utiliser le logarithme NÉPÉRIEN (ln sur la calculatrice), et non le logarithme base 10 (log).
Schéma (Avant les calculs)
Le schéma de l'énoncé (laminage) montre bien la réduction d'épaisseur de h0 à hf par le passage entre les rouleaux.
Visualisation de la déformation (Réduction d'épaisseur)
Calcul(s)
C'est le cœur de la résolution. Nous allons maintenant appliquer les formules vues précédemment avec les données du problème. Chaque étape est détaillée dans un bloc séparé pour que vous puissiez suivre le raisonnement pas à pas.
Étape 1 : Calcul du rapport des épaisseurs
Étape 2 : Calcul du logarithme népérien (déformation vraie)
Schéma (Après les calculs)
Le calcul nous donne la valeur numérique de la déformation. On peut représenter l'état final de la barre avec sa nouvelle épaisseur et la déformation associée.
Barre après laminage (État final quantifié)
Réflexions
Une déformation vraie de 0.357 est significative. Elle correspond à un taux de réduction d'épaisseur (%CW = (h0 - hf)/h0) de ((10-7)/10 = 0.30), soit 30%. Pour les petites déformations, ε ≈ εT, mais ici (30%), elles commencent à diverger (ε=-0.3 vs εT≈0.357).
Points de vigilance
Ne pas confondre déformation vraie εT = ln(h0/hf) avec la déformation ingénieur ε = (h0-hf)/hf (parfois utilisée) ou ε = (hf-h0)/h0 (la plus commune, qui serait -0.3 ici).
Points à retenir
Si vous ne deviez retenir que quelques points clés de cette question, ce seraient ceux-là. C'est un résumé des concepts et des formules les plus importants que vous devez maîtriser à l'issue de cette étape pour pouvoir les réutiliser dans d'autres contextes.
- Pour les grandes déformations plastiques (laminage, forgeage), on utilise la déformation VRAIE.
- Pour une réduction d'épaisseur, εT = ln(h0 / hf).
Le saviez-vous ?
La déformation vraie est additive. Si vous laminez de 10mm à 7mm (εT1 = 0.357) puis de 7mm à 5mm (εT2 = ln(7/5) = 0.336), la déformation totale est εT,tot = 0.357 + 0.336 = 0.693. C'est la même que ln(10/5) = 0.693. La déformation ingénieur n'a pas cette propriété !
FAQ
Il est normal d'avoir des questions. Voici une liste des interrogations les plus fréquentes pour cette étape, avec des réponses claires pour lever tous les doutes.
Résultat Final
A vous de jouer
La meilleure façon d'apprendre, c'est de pratiquer ! Quelle serait la déformation vraie si la barre était laminée jusqu'à une épaisseur finale de 5 mm ?
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 1 :
- Concept Clé : Déformation vraie (logarithmique) pour le laminage.
- Formule Essentielle : εT = ln(h0 / hf).
- Point de Vigilance Majeur : Utiliser le logarithme népérien (ln).
Question 2 : Calculer la nouvelle limite élastique avec la loi de Hollomon.
Principe
La loi de Hollomon (σT = K ⋅ εTn) décrit la courbe d'écrouissage du matériau. Elle stipule que la contrainte (σT) nécessaire pour continuer à déformer le métal augmente avec la déformation plastique (εT) déjà subie. On fait l'hypothèse que cette contrainte d'écoulement devient la nouvelle limite élastique du matériau écroui.
Mini-Cours
Le paramètre \(n\), l'exposant d'écrouissage, indique à quelle *vitesse* le matériau se durcit. Un \(n\) élevé (proche de 0.5) signifie un durcissement très rapide. Un \(n\) faible (proche de 0.1) signifie que la résistance augmente peu avec la déformation. Le paramètre \(K\) est le coefficient de résistance, il donne l'échelle de la contrainte (c'est la contrainte vraie pour une déformation vraie de 1.0).
Remarque Pédagogique
Cette formule n'est valable que dans le domaine plastique (εT > 0). Elle ne décrit pas le domaine élastique initial. C'est un modèle empirique très puissant pour prédire la résistance après mise en forme.
Normes
La loi de Hollomon est un modèle empirique largement accepté (ex: ASTM E646 pour la détermination de \(n\)) pour décrire le comportement plastique de nombreux métaux ductiles.
Formule(s)
Loi de Hollomon (ou loi d'écrouissage)
Hypothèses
On reprend les hypothèses de la Q1 et on ajoute :
- Le comportement du matériau suit la loi de Hollomon dans la plage de déformation considérée.
- La nouvelle limite élastique (σe,écroui) est approximée par la contrainte d'écoulement vraie (σT) à la fin de la déformation.
Donnée(s)
On reprend les données de l'énoncé et le résultat de la Q1.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Coefficient de Hollomon | K | 400 | MPa |
| Exposant d'écrouissage | n | 0.18 | - |
| Déformation vraie (de Q1) | εT | 0.357 | - |
Astuces
Attention à l'ordre des opérations sur votre calculatrice. Calculez d'abord (0.357)0.18 (en utilisant la touche xy ou ^) puis multipliez le résultat par 400. Ne multipliez pas 400 par 0.357 avant d'appliquer la puissance !
Schéma (Avant les calculs)
On cherche à se placer sur la courbe contrainte-déformation (vraie) au point correspondant à εT = 0.357.
Courbe d'écrouissage (Loi de Hollomon)
Calcul(s)
Étape 1 : Calcul du terme de déformation élevé à la puissance n
Étape 2 : Calcul de la contrainte vraie (nouvelle limite élastique)
Schéma (Après les calculs)
Le schéma précédent peut être complété avec la valeur trouvée.
Courbe d'écrouissage (Résultat)
Réflexions
En partant d'une limite élastique de 75 MPa, le simple fait de laminer la barre (réduction de 30%) a plus que quadruplé sa résistance (326 / 75 ≈ 4.3). C'est un gain très important, qui illustre la puissance de l'écrouissage. En contrepartie, le matériau est devenu beaucoup moins ductile (il se déformera moins avant de rompre).
Points de vigilance
La loi de Hollomon est un modèle. En réalité, elle n'est valable qu'entre le début de l'écrouissage et le début de la striction (rupture). De plus, nous avons calculé une contrainte *vraie* (σT), qui est différente de la contrainte "ingénieur" (σe) utilisée plus couramment dans les fiches techniques (bien que pour la limite élastique, σe ≈ σT).
Points à retenir
- Loi de Hollomon : σT = K ⋅ εTn.
- L'écrouissage augmente σe car la contrainte d'écoulement augmente avec la déformation plastique.
Le saviez-vous ?
L'exposant \(n\) est directement lié à la ductilité du matériau. Un matériau avec un \(n\) élevé peut subir une grande déformation *uniforme* avant de casser (striction). Pour la plupart des métaux, \(n\) est égal à la déformation vraie au point de striction (εT) en traction.
FAQ
Voici quelques questions fréquentes sur l'application de la loi de Hollomon.
Résultat Final
A vous de jouer
En utilisant le résultat de "A vous de jouer" de la Q1 (εT = 0.693), quelle serait la limite élastique pour une réduction à 5 mm ?
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 2 :
- Concept Clé : Loi de Hollomon pour l'écrouissage.
- Formule Essentielle : σT = K ⋅ εTn.
- Point de Vigilance Majeur : Ordre des opérations (puissance avant multiplication).
Question 3 : Quelle est la limite élastique après traitement T6 ?
Principe
Cette question ne nécessite pas de calcul, mais une lecture attentive des données de l'énoncé. Les traitements thermiques comme le T6 sont des procédés standardisés qui visent à atteindre des propriétés mécaniques cibles, qui sont ensuite répertoriées dans les fiches techniques.
Mini-Cours
Le "T6" est une désignation standard (norme ANSI) pour l'aluminium. "T" signifie traité thermiquement. "6" signifie mis en solution, trempé, puis vieilli artificiellement (chauffé à une température modérée, ex: 120-190°C) pour atteindre le pic de durcissement par précipitation. C'est un état de très haute résistance pour les alliages d'aluminium compatibles.
Remarque Pédagogique
En ingénierie, on ne recalcule pas tout. Une grande partie du travail consiste à savoir trouver et appliquer les bonnes données issues des normes et des fiches techniques des fournisseurs.
Normes
Norme ANSI H35.1 pour la désignation des états de traitement des alliages d'aluminium (ex: T0, T4, T6).
Formule(s)
Lecture de donnée
Hypothèses
On suppose que le traitement T6 a été effectué correctement pour atteindre les propriétés standard de cet état.
- Les données fournies dans l'énoncé sont correctes et fiables pour l'état T6.
Donnée(s)
La seule donnée pertinente ici est la limite élastique T6 fournie dans l'énoncé.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Limite élastique (T6) | σe, T6 | 430 | MPa |
Astuces
La réponse est directement dans le tableau des données de l'énoncé. Il n'y a pas de piège ! Il suffit de savoir ce qu'est l'état T6.
Schéma (Avant les calculs)
Avant le traitement T6, le matériau est généralement à l'état mis en solution et trempé (T4) ou recuit (T0). Le traitement T6 implique un chauffage contrôlé (vieillissement) pour former les précipités.
Principe du Traitement Thermique T6
Calcul(s)
Étape 1 : Lecture directe de la donnée
Schéma (Après les calculs)
Le résultat est une valeur de résistance. Au niveau microscopique, cet état correspond à une matrice d'aluminium contenant de nombreux et très fins précipités (ex: phase θ' = Al2Cu) qui gênent le mouvement des dislocations.
Microstructure Schématique de l'état T6
Réflexions
Cette valeur de 430 MPa est bien plus élevée que la valeur à l'état recuit (75 MPa). Cela montre l'efficacité spectaculaire du durcissement par précipitation pour cet alliage.
Points de vigilance
Ne pas confondre le T6 (précipitation) avec l'écrouissage. Ce sont deux mécanismes physiques totalement différents, même si leur but est le même (augmenter la résistance).
Points à retenir
- Le traitement T6 est un état de durcissement structural par précipitation.
- Il confère aux alliages d'aluminium compatibles une très haute résistance mécanique.
Le saviez-vous ?
L'alliage 2024 (Al-Cu) a été développé dans les années 1930. Le Duralumin, un alliage similaire, a été découvert par accident en 1906 par Alfred Wilm, qui avait remarqué qu'un alliage Al-Cu trempé devenait plus dur en le laissant simplement à température ambiante pendant plusieurs jours (c'est le "vieillissement naturel", ou T4).
FAQ
Quelques questions sur le traitement T6.
Résultat Final
A vous de jouer
Quelle était la limite élastique de l'alliage à l'état recuit (T0), avant tout traitement ?
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 3 :
- Concept Clé : Durcissement par précipitation (T6).
- Formule Essentielle : Lecture de donnée.
- Point de Vigilance Majeur : Le T6 est un traitement thermique, pas mécanique.
Question 4 : Comparer la limite élastique obtenue par écrouissage (Q2) à celle obtenue par précipitation (Q3).
Principe
Il s'agit d'une simple comparaison numérique des deux résultats obtenus précédemment pour évaluer l'efficacité relative des deux procédés de durcissement pour cet alliage.
Mini-Cours
Pour les alliages d'aluminium dits "à traitement thermique" (séries 2xxx, 6xxx, 7xxx), le durcissement par précipitation est le mécanisme prédominant et le plus puissant. Pour les alliages "à écrouissage" (séries 1xxx, 3xxx, 5xxx), qui ne peuvent pas être durcis par précipitation, l'écrouissage est la seule méthode disponible (hormis le durcissement par solution solide, plus faible).
Remarque Pédagogique
L'alliage 2024 est un alliage "à traitement thermique" (Al-Cu). On s'attend donc à ce que le traitement T6 soit très efficace, plus que l'écrouissage modéré appliqué ici.
Normes
Les normes (ex: MMPDS pour l'aéronautique) spécifient les valeurs minimales garanties pour chaque couple alliage/état, permettant de comparer objectivement les procédés.
Formule(s)
Comparaison directe
Gain absolu (optionnel)
Gain relatif (optionnel)
Hypothèses
On suppose que les valeurs calculées et données sont représentatives et comparables.
- Les calculs des Q1 et Q2 sont corrects.
- Les données pour le T6 sont correctes.
Donnée(s)
On utilise les résultats finaux des questions 2 et 3.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Résistance (Écrouissage, Q2) | σe,écroui | 326 | MPa |
| Résistance (T6, Q3) | σe,T6 | 430 | MPa |
Astuces
Mettez les deux chiffres côte à côte et identifiez simplement le plus grand. Le calcul du pourcentage de gain ((valeur finale - valeur initiale) / valeur initiale) est souvent utile pour quantifier l'amélioration.
Schéma (Avant les calculs)
On peut représenter graphiquement les deux niveaux de résistance attendus pour visualiser la différence.
Comparaison des Niveaux de Résistance Attendus
Calcul(s)
Étape 1 : Comparaison directe des valeurs
Étape 2 : Calcul du gain absolu
Étape 3 : Calcul du gain relatif (par rapport à l'écrouissage)
Schéma (Après les calculs)
Le diagramme en barres confirme visuellement la supériorité du traitement T6 par rapport à cet écrouissage spécifique.
Comparaison des Niveaux de Résistance Obtenus
Réflexions
Le traitement T6 offre 104 MPa de résistance en plus par rapport à cette opération de laminage, soit un gain d'environ 32% (104 / 326). Cela confirme que pour cet alliage 2024, le durcissement structural est le mécanisme de choix pour atteindre les plus hautes performances.
Points de vigilance
On compare ici UN état d'écrouissage (réduction de 30%) à UN état de précipitation (T6, pic de vieillissement). Un écrouissage plus sévère (ex: 50% de réduction, Q2-AVJ) donnerait une résistance plus élevée (373 MPa), mais toujours inférieure au T6.
Points à retenir
- Pour les alliages d'Aluminium "à traitement thermique" (série 2xxx, 6xxx, 7xxx), le durcissement par précipitation (T6) est plus efficace que l'écrouissage.
Le saviez-vous ?
Les alliages d'aluminium de série 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu), comme le 7075-T6, peuvent atteindre des limites élastiques encore plus hautes, dépassant 500 MPa, ce qui les rend compétitifs avec certains aciers en termes de rapport résistance/poids.
FAQ
...
Résultat Final
A vous de jouer
Si le T6 donnait 430 MPa et l'écrouissage 326 MPa, quel est le gain de résistance en pourcentage du T6 par rapport à l'écrouissage ? ((σe,T6 - σe,écroui) / σe,écroui)
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 4 :
- Concept Clé : Comparaison de l'efficacité des procédés.
- Résultat Clé : Pour Al 2024, Précipitation (T6) > Écrouissage (à 30% red.).
Question 5 : Recommandation pour σe,requis ≥ 300 MPa.
Principe
C'est l'étape de la décision d'ingénierie. On compare les propriétés obtenues par les différents procédés (Q2 et Q3) au cahier des charges (la demande du client ou de la norme) pour valider ou rejeter les solutions.
Mini-Cours
La validation d'un procédé implique de vérifier que σe,obtenu ≥ σe,requis. On y ajoute souvent un coefficient de sécurité (ex: σe,obtenu ≥ 1.2 × σe,requis), mais pour cet exercice, nous ferons une comparaison directe.
Remarque Pédagogique
Notez que la résistance n'est souvent pas le seul critère. L'ingénieur doit aussi considérer la ductilité (capacité à se déformer avant de rompre), la ténacité (résistance à la propagation de fissures), la résistance à la corrosion, et le coût ! Le choix final est souvent un compromis.
Normes
Cette démarche de validation (comparaison propriété / exigence) est la base de toute norme de conception (ex: Eurocodes en structure, normes aéronautiques).
Formule(s)
Critère de validation
Hypothèses
On simplifie en considérant que la limite élastique est le seul critère déterminant pour le choix.
- Le seul critère de validation est la limite élastique ≥ 300 MPa.
Donnée(s)
On reprend les résultats de Q2 et Q3, et l'exigence du cahier des charges.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Résistance (Écrouissage, Q2) | σe,écroui | 326 | MPa |
| Résistance (T6, Q3) | σe,T6 | 430 | MPa |
| Exigence minimale | σe,requis | 300 | MPa |
Astuces
Tracez une ligne horizontale à 300 MPa sur le graphique de comparaison de la Q4. Toutes les barres qui dépassent cette ligne sont valides.
Schéma (Avant les calculs)
Visualisation de l'objectif (la ligne rouge) par rapport aux performances attendues des deux procédés.
Validation par rapport au Cahier des Charges (Objectif)
Calcul(s)
Étape 1 : Validation de la solution par Écrouissage
Étape 2 : Validation de la solution par Traitement T6
Schéma (Après les calculs)
Le schéma confirme que les deux procédés permettent d'atteindre ou de dépasser la limite requise.
Validation par rapport au Cahier des Charges (Résultats)
Réflexions
Les deux solutions sont techniquement valides. Le choix final se fera sur d'autres critères : 1. **Marge de sécurité :** Le T6 offre une marge bien plus grande (430/300 ≈ 1.43, soit +43%) que l'écrouissage (326/300 ≈ 1.09, soit +9%). L'écrouissage est "juste" bon. 2. **Ductilité :** L'écrouissage réduit fortement la ductilité. Le T6 offre un meilleur compromis résistance/ductilité. 3. **Coût :** L'écrouissage est moins cher car il fait partie de la mise en forme. Le T6 est un traitement thermique coûteux. **Recommandation :** Si la sécurité est primordiale (aéronautique), le T6 est préférable pour sa grande marge. Si le coût est le facteur clé et que la faible marge est acceptable (après vérification des dispersions), l'écrouissage est une option.
Points de vigilance
Ne jamais choisir un procédé qui est exactement à la limite requise. Les matériaux et les procédés ont une variabilité (dispersion statistique). Il faut toujours viser une marge de sécurité raisonnable, surtout dans des secteurs critiques comme l'aéronautique.
Points à retenir
- La validation d'un procédé se fait en comparant la propriété obtenue au cahier des charges.
- Plusieurs solutions techniques peuvent répondre à un même besoin, le choix final dépend de multiples critères (performance, coût, sécurité...).
Le saviez-vous ?
Dans l'aéronautique, la "traçabilité" est reine. Chaque pièce doit avoir son "passeport" indiquant non seulement sa composition (ex: Al 2024) mais aussi son état de traitement exact (ex: T6) et souvent le lot de matière première, pour garantir les propriétés mécaniques supposées dans les calculs de structure et permettre une investigation en cas de problème.
FAQ
Questions relatives au choix de procédé.
Résultat Final
A vous de jouer
Si le cahier des charges avait été plus sévère, à 350 MPa, l'écrouissage à 7mm (326 MPa) aurait-il été suffisant ? (Répondez 1 pour OUI, 0 pour NON).
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 5 :
- Concept Clé : Validation d'un cahier des charges.
- Formule Essentielle : σe,obtenu ≥ σe,requis.
- Résultat : Les deux procédés sont valides pour 300 MPa, le T6 offrant une plus grande marge.
Outil Interactif : Simulateur de Loi de Hollomon
Utilisez les curseurs pour voir comment le coefficient de résistance (K) et l'exposant d'écrouissage (n) influencent la courbe de durcissement d'un métal.
Paramètres d'Entrée
Résultats Clés
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Quel est le mécanisme physique principal de l'écrouissage ?
2. Quelle est la formule correcte de la loi de Hollomon ?
3. Le durcissement par précipitation (ex: T6) est un procédé...
4. Dans notre exercice (Al 2024), quelle méthode a donné la *plus haute* limite élastique ?
5. Une déformation vraie εT = ln(2) ≈ 0.693 correspond à une réduction d'épaisseur...
Glossaire
- Déformation Vraie (εT)
- Déformation calculée comme le logarithme népérien du rapport des longueurs (ou épaisseurs) finale et initiale. Elle est additive et préférée en plasticité.
- Dislocation
- Défaut linéaire (ligne d'atomes manquants ou en trop) dans un réseau cristallin. Le mouvement des dislocations est la cause de la déformation plastique.
- Durcissement par Précipitation
- Procédé de traitement thermique (mise en solution, trempe, vieillissement) qui crée de fines particules (précipités) d'une seconde phase dans le métal, bloquant les dislocations et augmentant la résistance.
- Écrouissage
- Durcissement d'un métal résultant de sa déformation plastique (ex: laminage) à froid. La déformation augmente la densité de dislocations, qui se bloquent mutuellement.
- Loi de Hollomon
- Relation empirique (σT = K ⋅ εTn) qui décrit l'augmentation de la contrainte vraie (σT) avec la déformation vraie (εT) pendant l'écrouissage.
- Limite élastique (σe)
- La contrainte maximale qu'un matériau peut subir avant de commencer à se déformer de manière permanente (plastique).
- Traitement T6
- Désignation normalisée pour un alliage d'aluminium mis en solution, trempé, puis vieilli artificiellement pour atteindre le pic de durcissement par précipitation.
D’autres exercices de Chimie des Materiaux:
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