Génie civil
A.-F. GOURGUES-LORENZON
L’ingénieur dispose d’une large palette d’outils pour maîtriser les microstructures (Chapitre VII) et ainsi optimiser les propriétés des matériaux. On s’intéresse ici aux propriétés mécaniques, et en particulier à la résistance qui dépend étroitement de la microstructure (Chapitre XX). Trois thèmes sont retenus dans ce chapitre :
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Germination et croissance de précipités durcissants. Principes d’un traitement thermique de trempe et revenu. Combinaison entre dureté et formabilité via un contrôle des phases en présence durant tout le procédé de fabrication du matériau
Les deux exercices abordent chacun ces trois thèmes, montrant que les concepts et outils mis en oeuvre sont similaires pour un alliage métallique (Exercice 1) et pour une céramique (Exercice 2).
EXERCICE 1 : DURCISSEMENT STRUCTURAL DES ALLIAGES D’ALUMINIUM
INTRODUCTION
Les ailes et le fuselage d’un avion sont soumises, en service, à de multiples sollicitations mécaniques et chimiques (corrosion par l’eau salée : penser à l’atterrissage par la mer à l’aéroport de Nice Côte d’Azur !). Dans cet exercice, on s’intéresse à la limite d’élasticité d’un alliage couramment utilisé pour le fuselage, l’Alliage 2024 (ou Duralumin), dont la composition chimique est donnée dans le Tableau 1.
TABLEAU 1 : COMPOSITION CHIMIQUE TYPIQUE DE L’ALLIAGE 2024 (% EN MASSE) (NORME EN)
Elément % en masse
Al base
Mg 1,2 à 1,8
Cu 3,8 à 4,9
Mn 0,3 à 0,9
Fe ≤ 0,5
Si ≤ 0,5
La limite d’élasticité de l’aluminium pur (60 à 70 MPa), voire celle de la solution solide Al-Cu (< 150 MPa) sont notoirement insuffisantes pour supporter les contraintes imposées en service. L’alliage est donc durci par précipitation et on se propose ici d’étudier comment la maîtrise de la nature et de la distribution de ces précipités durcissants permet d’augmenter significativement la limite d’élasticité du matériau. Ce principe est appliqué au