Qu'est-ce que le diagramme de phase fer-carbone ?

Diagramme de phase fer-carbone

Le diagramme de phase fer-carbone est largement utilisé pour comprendre les différentes phases de l'acier et de la fonte. L'acier et la fonte sont tous deux un mélange de fer et de carbone. De plus, les deux alliages contiennent un petit nombre d'oligo-éléments.

Le graphique est assez complexe, mais comme nous limitons notre exploration au Fe3C, nous ne nous concentrerons que sur 6,67 % en poids de carbone.

Ce diagramme de phase fer-carbone est tracé avec les concentrations en carbone en poids sur l'axe des abscisses et l'échelle de température sur l'axe des ordonnées.

La figure montre le diagramme d'équilibre Fe-C dans lequel diverses structures (obtenues pendant le chauffage et le refroidissement), phases et constituants microscopiques de divers types d'acier et de fonte sont représentés. Les structures principales, la signification des différentes lignes et les points critiques sont discutés ci-dessous.

Structures dans le diagramme Fe-C

Les principaux constituants microscopiques du fer et de l'acier sont les suivants :

• Austénite
• Ferrite
• Cémentite
• Perlite

1. Austénite

L'austénite est une solution solide de carbone libre (ferrite) et de fer dans du fer gamma. Lors du chauffage de l'acier, après la température critique supérieure, la formation de la structure se termine en austénite qui est dure, ductile et non magnétique.

Il est capable de dissoudre une grande quantité de carbone. Il se situe entre les plages critiques ou de transfert lors du chauffage et du refroidissement de l'acier. Il se forme lorsque l'acier contient jusqu'à 1,8% de carbone à 1130°C. En refroidissant en dessous de 723°C, il commence à se transformer en perlite et en ferrite. Les aciers austénitiques ne peuvent pas être durcis par les méthodes de traitement thermique habituelles et sont amagnétiques.

2. Ferrites

La ferrite contient très peu ou pas de carbone dans le fer. C'est le nom donné aux cristaux de fer pur qui sont doux et ductiles. Le refroidissement lent de l'acier à faible teneur en carbone en dessous de la température critique produit une structure de ferrite. La ferrite ne durcit pas lorsqu'elle est refroidie rapidement. Il est très doux et hautement magnétique.

3. Cémentite

La cémentite est un composé chimique de carbone avec du fer et est connue sous le nom de carbure de fer (Fe3C). La fonte ayant 6,67% de carbone possède la structure complète de la cémentite. La cémentite libre se trouve dans tous les aciers contenant plus de 0,83 % de carbone. Il augmente avec une augmentation du pourcentage de carbone, comme indiqué dans le diagramme d'équilibre Fe-C. C'est extrêmement difficile.

On pense que la dureté et la fragilité de la fonte sont dues à la présence de cémentite. Il diminue la résistance à la traction. Cela se forme lorsque le carbone forme des combinaisons définies avec le fer sous forme de carbures de fer extrêmement durs. La fragilité et la dureté de la fonte sont principalement contrôlées par la présence de cémentite dans celle-ci. Il est magnétique en dessous de 200°C.

4. Perlite

La perlite est un alliage eutectoïde de ferrite et de cémentite. Il se produit notamment dans les aciers à moyen et bas carbone sous la forme d'un mélange mécanique de ferrite et de cémentite dans le rapport 87:13. Sa dureté augmente avec la proportion de perlite dans le matériau ferreux.

La perlite est relativement résistante, dure et ductile, tandis que la ferrite est faible, molle et ductile. Il est constitué de plaques claires et sombres alternées.

Ces couches sont alternativement de ferrite et de cémentite. Vue à l'aide d'un microscope, la surface a l'apparence d'une perle, d'où son nom de perlite. Les aciers durs sont des mélanges de perlite et de cémentite tandis que les aciers doux sont des mélanges de ferrite et de perlite.

Lorsque la teneur en carbone augmente au-delà de 0,2 % de la température à laquelle la ferrite est d'abord rejetée de la goutte d'austénite jusqu'à 0,8 % de carbone ou plus, aucune ferrite libre n'est rejetée de l'austénite. Cet acier s'appelle l'acier eutectoïde et sa composition est de structure perlitique.

Comme le fer ayant divers % de carbone (jusqu'à 6 %) est chauffé et refroidi, les phases suivantes représentant les lignes indiqueront la structure du fer, comment il se charge.

Signification des lignes de transformation

1. Ligne ABCD

La ligne ABCD indique qu'au-dessus de cette ligne, la fusion s'est terminée pendant le chauffage du fer. Le métal en fusion est purement sous forme liquidus. En dessous de cette ligne et au-dessus de la ligne AHJECF, le métal est partiellement solide et partiellement liquide.

Le métal solide est appelé austénite. Ainsi, la ligne ABCD représente les températures auxquelles la fusion est considérée comme terminée. Au-delà de cette ligne, le métal est totalement à l'état fondu. Ce n'est pas une ligne horizontale, la température de fusion varie avec la teneur en carbone.

2. Ligne AHJECF

Cette ligne nous indique que le métal commence à fondre à cette température. Cette ligne n'est pas horizontale et, par conséquent, les températures de fusion changeront avec la teneur en carbone. En dessous de cette ligne et au-dessus de la ligne GSEC, le métal est sous forme solide et ayant une structure austénitique.

3. Ligne PSK

Cette ligne se produit près de 723 °C et est une ligne horizontale et est connue comme une ligne de température critique inférieure car la transformation de l'acier commence à cette ligne. Le pourcentage de carbone n'a pas d'incidence sur celui-ci, ce qui signifie que l'acier ayant un pourcentage de carbone différent se transformera à la même température.

La plage située au-dessus de la ligne jusqu'à GSE est appelée plage de transformation. Cette ligne nous indique que l'acier contenant jusqu'à 0,8 % jusqu'à 0,8 % de carbone commencera à se transformer de ferrite et de perlite en austénite pendant le chauffage.

4. Ligne ECF

C'est une droite à température 1130°C qui indique que pour la fonte ayant des % de C de 2 % à 4,3 %. En dessous de cette ligne et au-dessus de la ligne SK,  la fonte aura austénite + ledeburite et cémentite +  ledeburite.

FAQ.

Quel est le diagramme fer-carbone ?

Le diagramme Fe-C (également appelé diagramme de phase ou d'équilibre fer-carbone) est une représentation graphique des états de microstructure respectifs de l'alliage fer-carbone (Fe-C) en fonction de la température et de la teneur en carbone. Pour expliquer ce schéma, une introduction sur les structures métalliques et le fer pur doit être faite.

Comment lit-on un diagramme fer-carbone ?

Pourquoi le diagramme fer-carbone est-il appelé diagramme d'équilibre ?

Le carbure de fer est appelé la phase métastable. Par conséquent, le diagramme fer-carbure de fer, même s'il représente techniquement des conditions métastables, peut être considéré comme représentant des changements d'équilibre, dans des conditions de chauffage et de refroidissement relativement lents.

Quelles sont les phases du diagramme de phase fer-carbone ?

Pour le diagramme de phase fer-carbone, les champs de phase d'intérêt sont les champs de phase ferrite, cémentite, austénite, ferrite + cémentite, ferrite + austénite et austénite + cémentite.

Qu'est-ce que le diagramme d'équilibre du carbone ?

Le diagramme d'équilibre fer-carbone (également appelé diagramme de phase fer-carbone) est une représentation graphique des états de microstructure respectifs de l'alliage fer-carbone (Fe-C) en fonction de la température et de la teneur en carbone.

Quel est le pourcentage de carbone dans l'acier eutectoïde ?

L'acier contenant 0,8% de C est appelé acier eutectoïde. La microstructure d'équilibre de l'acier eutectoïde obtenu à température ambiante est la perlite.

Qu'est-ce que l'acier doux ?

L'acier doux est un métal ferreux composé de fer et de carbone. C'est un matériau à bas prix avec des propriétés qui conviennent à la plupart des applications d'ingénierie générales. L'acier doux à faible teneur en carbone a de bonnes propriétés magnétiques en raison de sa forte teneur en fer; il est donc défini comme étant "ferromagnétique".

De quoi est fait l'acier ?

acier, alliage de fer et de carbone dans lequel la teneur en carbone varie jusqu'à 2 % (avec une teneur en carbone plus élevée, le matériau est défini comme de la fonte). De loin le matériau le plus largement utilisé pour la construction des infrastructures et des industries du monde, il est utilisé pour tout fabriquer, des aiguilles à coudre aux pétroliers.

Quelle est la signification de la température a0 dans le diagramme fer-carbure ?

La ligne A1 est la ligne de température eutectoïde et est la température la plus basse à laquelle f.c.c. le fer peut exister dans des conditions d'équilibre. Juste au-dessus de la ligne A1, la microstructure se compose d'environ 25 % d'austénite et 75 % de ferrite.

Qu'est-ce que la température critique dans le diagramme fer-carbone ?

Ainsi, il s'agit de la température correspondant à la limite de phase gamma + alpha/gamma pour l'acier hypo-eutectoïde et est fonction de la teneur en carbone de l'acier, car elle diminue de 910 deg C à 0 % C à 727 deg C à 0,76 % C Elle est aussi appelée température critique supérieure des aciers hypo-eutectoïdes.

Qu'est-ce que la température eutectoïde dans le diagramme fer-carbone ?

La réaction eutectoïde décrit la transformation de phase d'un solide en deux solides différents. Dans le système Fe-C, il y a un point eutectoïde à environ 0,8% en poids C, 723°C. La phase juste au-dessus de la température eutectoïde pour les aciers au carbone ordinaire est appelée austénite ou gamma.

Quelle est l'importance du diagramme fer-carbone ?

Le diagramme de phase fer-carbone est largement utilisé pour comprendre les différentes phases de l'acier et de la fonte. L'acier et la fonte sont tous deux un mélange de fer et de carbone. De plus, les deux alliages contiennent une petite quantité d'oligo-éléments.

Le carbone est-il un FCC ?

Le carbone est plus soluble dans la phase FCC, qui occupe la zone "γ" sur le diagramme de phases, que dans la phase BCC. Le pourcentage de carbone détermine le type d'alliage de fer qui se forme lors du refroidissement à partir de la phase FCC ou à partir de fer liquide :fer alpha, acier au carbone (perlite) ou fonte.

Comment savoir si c'est BCC ou FCC ?

La différence la plus directe entre les cristaux FCC et BCC réside dans les arrangements atomiques. La structure cubique à faces centrées a un atome aux 8 positions d'angle et au centre des 6 faces. La structure cubique centrée sur le corps a un atome aux 8 positions d'angle et un autre au centre du cube.

L'acier est-il un BCC ou un FCC ?

La phase alpha est appelée ferrite. La ferrite est un constituant courant des aciers et a une structure cubique centrée (BCC) [qui est moins dense que la FCC].

Qu'est-ce que l'équilibre fer-carbone ?

Dans des conditions d'équilibre, la ferrite pro-eutectoïde se forme dans les alliages fer-carbone contenant jusqu'à 0,8 % de carbone. La réaction se produit à 910°C dans le fer pur, mais a lieu entre 910°C et 723°C dans les alliages fer-carbone.

Qu'est-ce que la perlite dans le diagramme fer-carbone ?

La perlite est le mélange eutectoïde de cémentite et de ferrite. Diagramme d'équilibre fer-carbone :le diagramme de phase de Fe-Fe3C n'est pas un véritable équilibre car le carbure de fer est une phase instable qui, après un traitement thermique prolongé, se décompose en fer et en carbone (la forme graphite).

Qu'est-ce que la ferrite dans le diagramme fer-carbone ?

La ferrite est connue sous le nom de solution solide α. Il s'agit d'une solution solide interstitielle d'une petite quantité de carbone dissous dans du fer α (BCC). La solubilité maximale est de 0,025 % C à 723C et il ne se dissout qu'à 0,008 % C à température ambiante. C'est la structure la plus souple qui apparaît sur le schéma.

Quelle est la phase de fer presque pure ?

Le fer pur (fer α ou "ferrite") subit une modification de la structure cristalline lorsqu'il est chauffé au-dessus de 910 °C, formant du fer γ ou "austénite".

Pourquoi la ligne ACM est plus raide que la ligne A3 ?

La ligne Acm est beaucoup plus raide que la ligne A3, ce qui signifie cependant que la quantité de cémentite proeutectoïde dans les aciers commerciaux est très faible, mais cela signifie également que le chauffage, à des températures trop élevées, doit être fait pour dissoudre cette cémentite pour une homogénéisation complète de austénite.