COURS ING1035 - MATÉRIAUX

PROGRAMME DE GÉNIE DES MATÉRIAUX

COURS ING1035 - MATÉRIAUX

2e CONTRÔLE

du 1er novembre 2002

de 8h45 à 10h20

Q U E S T I O N N A I R E

NOTES : ♦ Aucune documentation permise. ♦ Calculatrices non programmables autorisées. ♦ Les nombres entre parenthèses indiquent le nombre de points

accordés à la question, le total est de 25 points. ♦ Pour les questions nécessitant des calculs ou une

justification, aucun point ne sera accordé à la bonne réponse si le développement n’est pas écrit.

♦ Utilisez les espaces prévus ou la page opposée pour vos calculs.

♦ Le questionnaire comprend 10 pages, incluant les annexes (si mentionnées) et le formulaire général.

♦ Le formulaire de réponses comprend 8 pages. ♦ Vérifiez le nombre de pages du questionnaire et du formulaire

de réponses.

Cours ING1035 MATÉRIAUX Questionnaire de 10 2ème contrôle du 1er novembre 2002

Exercice n° 1 : Ténacité Vous réalisez un essai de résilience Charpy sur deux aciers A et B dont certaines propriétés mécaniques sont données ci-contre.

Vous obtenez les valeurs ci-contre pour l’énergie de rupture W enregistrée à la température ambiante.

Acier Re0,2 (MPa) Rm (MPa) A 540 780 B 520 750

Acier W (J) A 60 B 70

a) Quel acier a la ténacité la plus élevée? Justifiez votre réponse. (1 pt) b) Si on suppose que la courbe de traction des deux aciers est linéaire dans les domaines élastique et

plastique, quel acier possède l’allongement à la rupture (A%) le plus élevé? Justifiez votre réponse. (1 pt)

Des pièces fabriquées avec ces deux aciers peuvent contenir des fissures dont le facteur géométrique α est égal à 1,2. Lorsque ces pièces sont soumises à une contrainte de traction égale à la moitié de la limite d’élasticité de l’acier utilisé, on observe que la longueur critique des fissures est de 8,7 mm pour des pièces fabriquées dans l’acier A et de 15,2 mm dans celles fabriquées à partir de l’acier B.

(2 pts)c) Quelle est la valeur de la ténacité KC de chacun de ces aciers A et B ?

d) Calculez la longueur maximale des fissures qui ne provoqueront jamais la rupture brutale (apparemment fragile) des pièces faites en acier soit A, soit B.

(2 pts)

Exercice n° 2 : Diagramme d’équilibre Mg – Pb Considérez le diagramme d’équilibre Mg – Pb donné en annexe.

a) Quelle est la formule chimique du composé MgxPby? Est-ce un composé stoechiométrique? Justifiez votre réponse.

(1 pt)

b) Quelles sont les phases en présence dans les domaines numérotés 1 et 2 sur le diagramme ? (1 pt) (1 pt) c) À quelle température la solubilité du Pb dans le Mg est-elle maximale ?

d) Combien y a-t-il de réactions eutectiques dans ce diagramme ? Écrivez ces réactions, indiquez leur température et les compositions des phases en présence.

(2 pts)

e) Quels sont les phases et les constituants présents à 465°C dans un alliage contenant 10% molaire de Pb ? Pour chacun(e) d’entre eux (elles), donnez leur composition (en % mol. de Pb) et leur proportion (en % mol.).

(2 pts)

f) Que se passe-t-il si l’on refroidit, à l’équilibre, l’alliage (contenant 10% molaire de Pb) de 465°C à 20°C? (1 pt)

Exercice n° 3 : Diagramme d’équilibre Fe – C Considérez un acier au carbone de type AISI 1050 (Fe – 0,50 %m. C). En annexe, vous disposez de plusieurs figures s’appliquant à cet acier.

a) Si l’on porte cet acier à différentes températures θ = 1550°C, 1450°C et 722°C, et qu’on le maintient suffisamment longtemps pour que l’équilibre soit atteint à chaque température, quelles sont les phases présentes à chacune de ces températures, leur composition (en %m C) ainsi que leur proportion (en %m).

(3 pts)

Cet acier 1050 est maintenu assez longtemps à 724°C pour que l’équilibre des phases soit atteint, puis il est trempé brusquement à la température de la pièce (20 °C).

b) Quels sont les constituants formés, leur composition ainsi que leur proportion ? (2 pts)

Sous-total: 19 pts


(½ pt) c) Quelle est la dureté de l’acier à la fin du traitement appliqué pour la question b) ci-dessus ? Justifiez votre réponse.

d) Décrivez toutes les étapes d’un traitement thermique qui permettrait d’obtenir un acier 1050 ayant une dureté de 42 HRC. Pour chaque étape, indiquez le nom de l’étape, les constituants en présence, la température à laquelle se fait cette étape ainsi que la durée de l’étape.

(1½ pt)

e) Quel est le nom de la microstructure obtenue à la fin du traitement thermique que vous avez décrit à la question d) ? (½ pt)

Exercice n° 4 : Durcissement structural On peut améliorer les propriétés mécaniques de certains alliages d’aluminium contenant du cuivre par un traitement de durcissement structural. Le diagramme (partiel) d’équilibre Al – Cu est donné en annexe.

a) Quelle est la teneur maximale de cuivre que peut contenir un alliage de Al – Cu susceptible de subir un traitement de durcissement structural ?

(½ pt)

b) Quelle est la formule chimique théorique de la phase θ apparaissant sur ce diagramme ? Justifiez votre réponse.

(½ pt)

Considérez un alliage ayant une teneur de 4,5% Cu et pour lequel on désire obtenir les propriétés mécaniques en traction suivantes :

Re0,2 > 400 MPa Rm > 500 MPa A > 13 %.

c) Décrivez toutes les étapes du traitement thermique qui permet d’obtenir ces propriétés. Pour chaque étape, indiquez le nom de l’étape, la température (en °C) à laquelle se fait le traitement durant cette étape ainsi que la durée de l’étape (en heures).

(2½ pts)

Sous-total: 6 pts Total : 25 pts


ANNEXES

Exercice n° 2 : Diagramme Mg – Pb


ANNEXES

Exercice n° 3 : Acier AISI 1050


ANNEXES

Exercice n° 3 : Courbes TTT de

l’acier 1050

Exercice n° 3 : Revenu de la martensite

de l’acier AISI 1050 Durée : 1 h


ANNEXES

Diagramme partiel d’équilibre Al – Cu

θ


ANNEXES

Courbes de vieillissement de l’alliage Al – 4, 5 % Cu


( )[ ]zyxx E1

σ+σν−σ=ε

( )[ ]zxyy E1

σ+σν−σ=ε

( )[ ]yxzz E1

σ+σν−σ=ε

( )ν+=

12EG

z

y

z

x ε

ε−=

εε

−=ν

0

sth a

E2R

γ=

cz

by

ax

nl

nk

nh1 ++=

cbar wvu ++=

+σ=σ

ra21nomy

χθ=τ coscosSF

0

ab

2G

th π=τ

2/1

02.0e kdR −+σ=

2S

cE2

*alσπ

γ==

aK nomC πσα=

0LLSS CCfCf =+

−=

kTQ

expDD 00

η

−−σ

=ε2

2

2

tvél

tKexp1

K

nKCdNda

∆=

nFtAi

m corr=

( )( ) oxMa

Moxa

mm

ρ

ρ=∆

SlR ρ

=

ee en µ=σ

( )ttee enen µ+µ=σ

−σ=σ

kT2E

exp g0

( )20 P9,0P9,11EE +−=

( ) nP0mm expRR −=

( )

α

ν==θ∆

E

fRR m

1*

( )vf.RER 2

m3 =

( ) 3S2m

S4 R

vf.RE

R γ=γ

=

( ) ( ) ( ) mffmfCm V1RVR σ−+=

( ) ( ) ( )mmfffCm RV1VR −+σ=

mmffC EVEVE +=

mmffC EVEV83E +≅

( ) ( ) mmfmfCm VRkVR σ+=

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