Science des materiaux - Aide Memoire

354 Pages·2004·3.02 MB·French

by  M Dupeux

7855_COUV 18/11/05 8:52 Page 1
SCIENCES SUP
SCIENCES SUP M
.

Série Aide-mémoire D
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Michel Dupeux X
AIDE-MÉMOIRE A
A ide-mémoire
-
SCIENCE DES MATÉRIAUX M
Cet aide-mémoire regroupe sous une forme précise MICHEL DUPEUX IUT • 1er cycle/Licence • 2e cycle/Master • Écoles d’ingénieurs
bien que condensée toutes les informations est professeur à S
scientifiques de base relatives aux matériaux ainsi que l’université Joseph Fourier C
de nombreuses données. En tenant compte des progrès de Grenoble. I
E
spectaculaires réalisés récemment dans ce domaine, N AIDE-MÉMOIRE
il offre un panorama complet de la composition, de A
C
la structure et des propriétés des principaux matériaux I
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ucésruaemlsi q(umesé,t acuoxm,p oaslliiteasg,e rse,v êptoelmymenètsr,e sm, avtéerriraeusx, MATHÉMATIQUES DE SCIENCE
-
cellulaires…). EM
PHYSIQUE
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L’ouvrage est conçu pour permettre au lecteur de É

retrouver rapidement une définition, une MM
CHIMIE
dénomination ou une formule. C’est donc un outil de DES MATÉRIAUX
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travail très utile pour la préparation d’examens, de SCIENCES DE L’INGÉNIEUR TI
concours ou d’exposés. Il apparaîtra rapidement ÉR
comme un ouvrage indispensable aux étudiants de RE
l’enseignement supérieur, ainsi qu’aux professionnels. INFORMATIQUE I
A
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1ercycle 2ecycle 3ecycle SCIENCES DE LA VIE
1 2 3 4 5 6 7 8 X
LICENCE MASTER DOCTORAT SCIENCES DE LA TERRE
Michel Dupeux
ISBN 2 10 005458 9 http://www.dunod.com
Dupeuxv6 Page I Lundi, 14. novembre 2005 2:55 14
AIDE-MÉMOIRE
SCIENCE
DES MATÉRIAUX
Dupeuxv6 Page II Lundi, 14. novembre 2005 2:55 14
Dupeuxv6 Page III Lundi, 14. novembre 2005 2:55 14
AIDE-MÉMOIRE
SCIENCE
DES MATÉRIAUX
Michel Dupeux
Professeur à l’Université Joseph Fourier de Grenoble
Nouveau tirage corrigé
Dupeuxv6 Page IV Lundi, 14. novembre 2005 2:55 14
Illustration de couverture :
MATEO
Cavité d’attaque chimique d’un revêtement de cuivre
d’épaisseur 300 (cid:1)m sur un substrat d’alliage d’aluminium
(cliché M. Dupeux, S. Barradas)
Nouveau tirage corrigé 2005
© Dunod, Paris, 2004
ISBN 2 10 005458 9
Avant-propos
Science de l’Ingénieur par excellence, la Science des Matériaux est une
discipline transversale qui va de l’économie géopolitique des ressources
à la sociologie des goûts du consommateur, en passant par la physico-
chimie du solide et les techniques de conception et de production. Avec
au moins trois décennies de retard sur le monde anglo-saxon, elle
commence enfin à être identifiée en France dans notre culture universi-
taire, technologique et industrielle, aux côtés des disciplines académi-
ques traditionnelles figées par la classification d’Auguste Comte.
Les spécialistes des diverses branches de la Science des Matériaux
resteront certainement frustrés par la lecture de cet aide-mémoire, où
ils ne retrouveront pas tous les détails des connaissances qu’ils culti-
vent quotidiennement. Malgré la part importante réservée aux rappels
délit. ecot udpé fdinei tnioontiso ndse so cnat rdacût éêrtirseti qréuseusm eét eps roept rsiiémtépsl idfieése sm, aptoéurira ulaxi,s sbeera ula-
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orisée est u ddpl’aaancpteep reaonuf oxfn inidn idfro ’loremuuvrasrta icogonen sdn eaàvi srcsaaairtna cpceetèsr.rme epttrraet iaquuxe .l eLctae ubrisb lqiougi rlaep shoiueh aabitoenn-t
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n a Nous nous sommes donc efforcés dans cet aide-mémoire de faire
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n
pie nôtre la phrase de Voltaire: «Je ressemble aux petits ruisseaux, je suis
oco clair parce que je ne suis pas profond».
ot
h Je souhaite également exprimer ici ma reconnaissance à tous ceux
p
La qui m’ont encouragé et documenté pour la préparation de cet aide-
–
od mémoire; outre mes proches et de nombreux collègues, je pense aussi
n
u
D aux générations d’étudiants dont les interrogations parfois dérou-
©
VI Avant-propos
tantes amènent toujours à se poser les «bonnes» questions, les plus
élémentaires, et à en chercher les réponses sous la formulation la plus
convaincante.
Michel DUPEUX
Table des matières
C
HAPITRE 1 •GÉNÉRALITÉS: QU’EST-CE QU’UN MATÉRIAU? 1
1.1 Définition 1
1.2 Propriétés 2
PARTIE 1: COMPOSITION ETSTRUCTURE
C
HAPITRE 2 (cid:127)COMPOSITION CHIMIQUE DESMATÉRIAUX 7
délit. 2.1 Classification des éléments chimiques 7
n
u 2.2 Liaisons chimiques 12
orisée est 2.2.1 Liaisons fortes 12
ut 2.2.2 Liaisons faibles ou liaisons secondaires 13
n a
o
n
pie 2.3 Classification des matériaux et des propriétés 13
o
oc
ot 2.3.1 Les grandes classes de matériaux 13
h
p
La 2.3.2 Les propriétés d’usage 14
–
od 2.3.3 Les principales propriétés
n
u
D des grandes classes de matériaux 16
©
VIII Table des matières
C
HAPITRE 3 (cid:127)STRUCTURE DES MATÉRIAUX SOLIDES 17
3.1 Solides amorphes 17
3.1.1 Distance interatomique 17
3.1.2 Cellule de Wigner-Seitz 18
3.1.3 Fonction de densité radiale et fonction
dedistribution radiale 18
3.1.4 Matériaux amorphes macromoléculaires 20
3.2 Solides cristallins 21
3.2.1 Réseau cristallin 21
3.2.2 Motif atomique 23
3.2.3 Directions et plans cristallographiques 24
3.2.4 Densité atomique 26
3.2.5 Structures cristallines courantes 27
3.3 Effets de la composition chimique 30
3.3.1 Concentration ou composition 30
3.3.2 Solutions solides 30
3.3.3 Phases intermédiaires et composés définis 31
3.4 Défauts cristallins 32
3.4.1 Défauts ponctuels 32
3.4.2 Défauts linéaires 33
3.4.3 Défauts surfaciques 36
3.4.4 Défauts volumiques 38
3.5 Effets de la température 38
3.5.1 Dilatation thermique 38
3.5.2 Diffusion 39
3.5.3 Transformations allotropiques 44
3.6 Principales techniques decaractérisation chimique etstructurale 45
3.6.1 Techniques d’observation
et de caractérisation structurale 46
3.6.2 Techniques d’étude de la structure cristalline 49
3.6.3 Techniques d’analyse chimique 51
Table des matières IX
C
HAPITRE 4 (cid:127)ÉQUILIBRE THERMODYNAMIQUE 55
4.1 Changements de structure dans un matériau 55
4.1.1 Exemple de la solidification 55
4.1.2 Notion de phase 56
4.1.3 Constituants et constitution d’un mélange 57
4.1.4 Règle des phases ou règle de Gibbs 58
4.2 Diagrammes d’équilibre de phases 58
4.2.1 Systèmes à un constituant 59
4.2.2 Mélanges à deux constituants 60
4.2.3 Réactions entre phases solides 65
4.2.4 Quelques exemples de diagrammes
d’équilibre binaires 67
4.2.5 Diagrammes d’équilibre de phases ternaires 70
4.2.6 Diagrammes d’existence 71
C
HAPITRE 5 (cid:127)CINÉTIQUE DESTRANSFORMATIONS DEPHASES 73
5.1 Thermodynamique des transformations de phases 73
5.1.1 Stabilité, instabilité, métastabilité 73
5.1.2 Vitesse d’évolution: cinétique de transformation 74
n délit. 5.2 Transformations diffusives 75
u
orisée est 55..22..12 GDeiargmrianmatmioens eTtT cTro eist sdainacger ammes TRC 7758
ut
n a 5.2.3 Écarts à l’équilibre, ségrégations 78
o
n
pie
o 5.3 Transformations displacives 82
oc
ot
ph 5.3.1 Exemple de la transformation martensitique du fer 83
La
– 5.3.2 Représentation dans les diagrammes TTT et TRC 84
d
o
n
u
D 5.4 Applications: notions de base destraitements thermiques 84
©