Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
A

alliage (suite)

• La masse volumique présente une variation continue pour les alliages avec solutions solides ou agrégats, la courbe ayant une allure hyperbolique ; l’existence de composé défini ou de phase intermédiaire se traduit généralement par une brisure de la courbe avec augmentation de la masse volumique. La formation d’un composé défini correspond souvent à une contraction du réseau cristallin par rapport aux réseaux des métaux constituants.

• Les propriétés d’élasticité varient linéairement dans les solutions solides primaires et suivent la loi des mélanges pour les phases intermédiaires de type β. En revanche, les phases intermédiaires du type γ à maille géante présentent un haut module d’élasticité en relation avec leur type particulier de liaisons atomiques.

La variation des propriétés d’anélasticité, telle que la capacité d’amortissement des vibrations, diminue dans les solutions solides primaires, et cette propriété présente une valeur minimale pour les phases du type γ ; ce comportement explique le choix de bronzes riches en étain et contenant cette phase du type γ pour la confection d’instruments de musique tels que cloches, cymbales, gongs.

• La conductivité électrique décroît rapidement dans les solutions solides primaires et présente un pointement relatif pour les phases intermédiaires et les composés définis. Ce comportement explique, pour la fabrication de fils de résistances électriques pour rhéostats, le choix d’un alliage constitué d’une solution solide à 55 p. 100 de cuivre et à 45 p. 100 de nickel (alliage Constantan) en raison de sa faible conductibilité, bien qu’il soit formé de métaux conducteurs. De même, l’action des impuretés dans les métaux purs s’explique par la mise en solution solide ou non ; ainsi, la résistivité électrique du cuivre pur augmente, ou, corrélativement, sa conductivité diminue par addition de phosphore, qui entre en solution, ce qui exclut l’emploi de cuivre désoxydé au phosphore pour les conducteurs électriques. En revanche, l’oxygène formant un oxyde non soluble influe peu sur la résistivité.

• La dureté augmente par mise en solution d’un élément dans un métal pur ; elle est particulièrement élevée pour les phases intermédiaires du type γ et pour les composés définis. Ainsi, le carbure de fer, cémentite Fe3C, constituant des aciers recuits, a une dureté Vickers de 850 ; le carbure de tungstène CW2, constituant des alliages durs dits « à carbures », atteint une dureté Vickers de 2 000.

• Les propriétés de magnétisme (point de Curie pour les corps ferromagnétiques, susceptibilité pour les corps para et diamagnétiques) sont directement liées à la nature des phases et à leur architecture atomique. Il est possible d’obtenir un alliage ferronickel à 28 p. 100 de nickel (alliage d’Hopkinson), formé de phase austénitique non magnétique, à partir de deux métaux, le fer et le nickel, fortement ferromagnétiques. À l’inverse, à partir de trois métaux non magnétiques, le cuivre, l’aluminium et le manganèse, on peut confectionner l’alliage d’Heusler, correspondant au composé ternaire Cu2AlMn, fortement magnétique à l’état trempé.

Par suite des changements structuraux qui en résultent, les traitements thermiques modifient les propriétés des alliages, ce qui, dans la plupart des cas, est leur propre but. Depuis longtemps, les forgerons savaient durcir l’acier par trempe dans des milieux divers et atténuer l’action trop brutale de cette trempe, donnant des produits très durs, mais fragiles, par un réchauffage modéré, le revenu. De même, le recuit est pratiqué pour rendre une malléabilité à des produits déformés et écrouis ; c’est le phénomène de recristallisation qui intervient alors. Le recuit a aussi d’autres buts, notamment celui de stabiliser les pièces de fonderie ou les assemblages soudés, qui sont le siège de tensions internes conduisant à des déformations ou même à des ruptures locales. Cette augmentation de dureté par trempe n’est que le résultat de la modification structurale : par trempe d’un acier à 0,6 p. 100 de carbone, on peut obtenir une dureté Vickers de 850 (constituant martensite hors d’équilibre), alors qu’à l’état recuit la dureté n’est que de 150. Il peut arriver que l’état trempé soit moins dur que l’état recuit ; ainsi, dans un cupro-aluminium à 12 p. 100 d’aluminium, la dureté n’est que de 130 à l’état trempé, en raison de la nature du constituant hors d’équilibre, alors qu’elle atteint 270 par recuit (constituant eutectoïde contenant un composé défini à haute dureté).

D’autres traitements, tels que le durcissement structural de certains alliages légers, permettent l’obtention des caractéristiques optimales en fonction des conditions de fabrication et d’emploi des produits. Les méthodes permettant l’étude ou le contrôle industriel des alliages sont nombreuses ; en général, elles font appel à la mesure de certaines propriétés ou à leur variation sous l’influence de facteurs, telle la température. Parmi les méthodes les plus courantes figurent :
— les essais physiques : analyse thermique pour la détermination des courbes du solidus et du liquidus, dilatométrie et magnétométrie pour l’étude des transformations à l’état solide ;
— les essais physico-chimiques : principalement la macrographie et la micrographie au microscope optique ou électronique, la microanalyse par sonde électronique ;
— les essais chimiques : analyse chimique et essais de corrosion ;
— les essais mécaniques : dureté et microdureté, traction, choc, compression, flexion, cisaillage, emboutissage, mesures d’élasticité et d’anélasticité, fluage, fatigue, etc. ;
— les essais non destructifs, pratiqués industriellement sur l’ensemble d’une pièce sans prélèvement d’éprouvette et utilisant soit certaines des méthodes précédentes, soit des méthodes spécifiques telles que la radiographie, la gammagraphie, le contrôle par ultrasons, la magnétoscopie, le ressuage. (Ces méthodes non destructives sont, généralement, plus utilisées pour la détection de défauts physiques géométriques que pour la mesure de variation de propriétés.)