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Définition
C'est le diagramme qui représente l'équilibre (Métastable) entre Fer pure et la cémentite (Fe3C). Comme tout diagramme d'équilibre, il représente les différentes composition et phases qui résultent de la variation de la concentration du fer ; du fer pur (0%mC) à la cémentite (6,7%mC).
Description
Le fer pur représente la partie limite gauche et la cémentite la patrie limite droite. La cémentite contient 6,67 % de carbone. Les alliages de fer et de carbone contenant plus de 6,67 % de carbone n'ont aucun intéressement dans l'industrie, à part les ferro-manganèses qui contiennent de 6 à 8 % de carbone.
Pour des températures élevées, la cémentite, élément méta stable, se décompose en fer et en carbone et c'est la cause qui ne laisse pas connaître la température de fusion de la cémentite, on considère sa température de fusion à environ 1392°C et peut être, elle est plus élevée.
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Les points caractéristiques du diagramme
- A : correspond à la température de fusion du fer pur (1539°C).
- B : correspond à la température de fission de la cémentite (1392°C).
- C : 4,3 % C transformation eutectique à la température 1147°C. C'est le point eutectique.
- D : 2,1 % C (1147°C) teneur limite du carbone dans l'austénite à la température eutectique .
- E : 0,8 % C dans l'austénite à la température eutectoïde 727°C. C'est le point eutectoïde. Les aciers dont le pourcentage de carbone est supérieur à 0,8% sont appelés des aciers hypereutectoïdes et les aciers dont le pourcentage est inférieure à 0,8% sont dits des aciers hypoeutectoïdes.
- F: 0,02 % C teneur limite dans la ferrite à la température eutectoïde 727°C.
- G : 0.006% C solution maximale de carbone à température ambiante 20°C
Les alliages
Les trois alliages qui constituent le diagramme sont :
Le Fer α : c'est une solution par insertion du carbone dans le fer à structure C.C.
Les aciers : sont les alliages de fer et de carbone à %C < 2%
Les fontes : sont les alliages de fer et de carbone à %C > 2%
Les phases et les constituants
Le Carbone (Graphite)
C'est un élément polymorphe. Dans les conditions ordinaires, il se trouve sous la forme d’une variété de graphite, mais il peut exister également sous la forme d'une variété métastable de diamant. Le carbone est soluble dans le fer à l'état liquide et solide, mais peut aussi former une combinaison chimique, la cémentite Fe3C.
La ferrite (F)
C’est une solution solide de carbone dans le fer α, c'est à dire la ferrite est constituée par du fer α renfermant des traces de carbone (faible teneur en carbone, inférieure à 0,02%), ainsi que d'autres inclusions.
On distingue la ferrite α à basse température et à solubilité du carbone allant jusqu'à 0,02 % et la ferrite δ à haute température et à solubilité limite en carbone allant jusqu'à 0,1%. La ferrite est peu tendre et très ductile (HV = 90, Rm = 300 N/mm2,. K = 300 J/cm2), elle est magnétique à la température ordinaire, au microscope la ferrite a l'aspect de grains homogènes polyédriques. Elle possède un réseau cubique centré et elle est ferromagnétique jusqu'à 760°C.
L'austénite (A)
C’est une solution solide de carbone et d’autres inclusions dans le fer γ, La solubilité limite du carbone dans le fer est de 2,14 %. L'austénite est stable à haute température, elle est peu dure est relativement malléable (HB = 300). La microstructure de l'austénite est composée de gains polyédriques . Elle peut exister à la température ambiante que dans un état métastable. Elle est anti-ferromagnétique.
La cémentite (C)
La cémentite ou carbone de fer (Fe3C) est une combinaison chimique de fer et de carbone dont la teneur en carbone peut atteindre 6,67 %. Elle est magnétique jusqu'à 210°C et très dure (HB = 700) mais fragile. La microstructure de la cémentite peut se présenter dans les aciers sous les formes suivantes :
- Lamellaire dans la perlite lamellaire
- Grains dans les aciers avant subit un traitement thermique de recuit.
Selon le diagramme Fe-Fe3C et lors du refroidissement, la cémentite peut exister sous trois différentes formes de liaisons mais avec la même composition chimique.
Cémentite primaire | Cristallisation primaire du métal liquide suivant la ligne CB |
Cémentite secondaire | Ségrégation à partir de l’austénite suivant la ligne ED |
Cémentite tertiaire | Ségrégation à partir de la ferrite suivant la ligne FO |
La perlite (P)
C'est un eutectoïde formé d'un mélange de grains de cémentite, sphéroïdaux noyés dans la ferrite globulaire en couches alternées (88 % de ferrite et 12 % de cémentite). Elle est obtenue lors du refroidissement et par décomposition de l'austénite à 0,8 % de carbone.
Elle présente dans l’acier ordinaire toujours une teneur en carbone de 0,85 %. La perlite est dure (HV = 200) et assez ductile Rm = 800 N/mm2.
La ferrite (F)
C’est une solution solide de carbone dans le fer α, c'est à dire la ferrite est constituée par du fer α renfermant des traces de carbone (faible teneur en carbone, inférieure à 0,02%), ainsi que d'autres inclusions.
On distingue la ferrite α à basse température et à solubilité du carbone allant jusqu'à 0,02 % et la ferrite δ à haute température et à solubilité limite en carbone allant jusqu'à 0,1%. La ferrite est peu tendre et très ductile (HV = 90, Rm = 300 N/mm2,. K = 300 J/cm2), elle est magnétique à la température ordinaire, au microscope la ferrite a l'aspect de grains homogènes polyédriques. Elle possède un réseau cubique centré et elle est ferromagnétique jusqu'à 760°C.
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