ALLIAGES

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Diagrammes d'équilibres de phases

La description et l'étude des alliages binaires passent par un type de représentation classique : les diagrammes d'équilibres de phases. Quelques cas peuvent servir d'exemples.

La figure concerne le système cuivre (Cu)-tungstène (W). L'axe des abscisses représente la teneur de l'alliage en tungstène exprimée en atomes pour cent ou en poids pour cent ; la première échelle est utilisée dans les laboratoires de recherche tandis que la seconde est celle des industriels, qui préparent leurs alliages par pesée. L'axe vertical est gradué en température. L'ensemble donne donc une représentation de ce que sont les alliages CuW en fonction de la température et de la composition, sous réserve qu'ils soient à l'équilibre thermodynamique (ce point sera repris plus loin). On observe sur ce diagramme que les métaux ne s'allient pas. Le cuivre, à gauche, ne dissout pas plus de tungstène que le tungstène, à droite, de cuivre. Cela est vrai à l'état solide et encore presque vrai à l'état liquide puisque à 3 240 0C environ on trouve deux liquides L1 et L2 : l'un, du cuivre avec 4,1 atomes de tungstène pour 100, et l'autre, du tungstène avec 9 atomes de cuivre pour 100. La zone A correspond à la coexistence des deux métaux solides sans pénétration notable de l'un dans l'autre (démixtion totale à l'état solide), la zone B, au-dessus de la température de fusion du cuivre (1 084,87 0C), indique que, si le cuivre liquide dissout un peu de tungstène, ce dernier, toujours solide, reste pur (équilibre solide-liquide) ; enfin, la zone C, au-dessus du palier monotectique à 3 240 0C, est celle de la démixtion à l'état liquide des deux métaux. Le nombre de phases dans ce système est de quatre : le tungstène (W), le cuivre (Cu) et les deux liquides L1 et L2. Un point est à noter : les lignes sont en pointillés dans la figure, ce qui signifie, ici, qu'elles ne sont pas établies avec certitude. Il ne faut pas en conclure que leur détermination a été mal conduite, mais simplement que les difficultés expérimentales sont très grandes. Elles supposent également que le cuivre est encore liquide, ce qui nécessite une pression supérieure à la pression atmosphérique normale. Le cuivre pur se vaporise normalement à 2 563 0C.

Système cuivre-tungstène

Dessin : Système cuivre-tungstène

Diagramme de phases du système cuivre (Cu)-tungstène (W). Ce diagramme est celui que l'on obtiendrait à une pression suffisamment élevée pour que toutes les phases soient maintenues à l'état condensé (d'après T. B. Massalski et al., 1990). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

La figure présente le cas du système cadmium (Cd) - plomb (Pb). Ici encore, les deux métaux ont très peu tendance à s'unir : le cadmium reste quasi pur et le plomb accepte au mieux 5,9 atomes de cadmium pour 100, à 248 0C, température du palier eutectique qui sépare le domaine solide du domaine liquide L et des zones (solide + liquide) B et C ; la zone A est entièrement composée d'un mélange des deux solutions solides (Pb) et (Cd). Dans ces alliages, la miscibilité est totale à l'état liquide. Le nombre de phases est, dans ce cas, de trois : les deux solutions solides de cadmium dans le plomb (Pb) et de plomb dans le cadmium (Cd), ainsi que le liquide.

Système cadmium-plomb

Dessin : Système cadmium-plomb

Diagramme de phases du système cadmium (Cd)-plomb (Pb). À l'état solide, les deux métaux restent pratiquement purs, surtout le cadmium. À l'état liquide, il y a miscibilité totale (d'après T. B. Massalski et al., 1990). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

La figure montre un exemple de miscibilité totale entre deux métaux, le zirconium (Zr) et le hafnium (Hf). Dans ce cas, on passe progressivement, dans l'état solide, de l'un à l'autre par remplacement, sur le réseau cristallin, des atomes du premier par ceux du second. Le produit est une solution solide qui ressemble au zirconium à gauche et au hafnium à droite. Chacun des deux composants possède deux structures cristallines : le zirconium est hexagonal compact (αZr) au-dessous de 863 0C, cubique centré (βZr) au dessus ; le hafnium présente les mêmes caractéristiques, avec simplement une température de transition plus élevée : 1 743 0C. Le fuseau qui sépare les deux zones solides est un domaine de coexistence des deux formes α et β. L'autre fuseau, qui sépare le domaine solide β du liquide, est le siège d'un équilibre entre eux. Trois phases différentes sont représentées : α, β et le liquide.

Système zirconium-hafnium

Dessin : Système zirconium-hafnium

Diagramme de phases du système zirconium (Zr)-hafnium (Hf). Il y a miscibilité totale aussi bien dans le solide que dans le liquide. Le changement de structure a-ß est identique dans les deux métaux, bien qu'il se produise à des températures différentes. La substitution de hafnium au... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

La figure représente un système à composés intermédiaires. La combinaison de nickel (Ni) au titane (Ti) peut en effet donner :

Système titane-nickel

Dessin : Système titane-nickel

Diagramme de phases du système titane (Ti)-nickel (Ni). Ce système présente des composés intermédiaires : Ti2Ni, TiNi et TiNi3. TiNi est un alliage à mémoire de forme (d'après T. B. Massalski et al., 1990). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

– une solution solide terminale de titane dans le nickel (Ni) ;

– une solution solide terminale de nickel dans le titane α (αTi) ;

– une solution solide terminale de nickel dans le titane β (βTi) ;

– un composé intermédiaire de stœchiométrie bien définie (TiNi3) ;

– un composé intermédiaire de stœchiométrie légèrement var [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 12 pages

Médias de l’article

Système cuivre-tungstène

Système cuivre-tungstène
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Système cadmium-plomb

Système cadmium-plomb
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Système zirconium-hafnium

Système zirconium-hafnium
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Système titane-nickel

Système titane-nickel
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Afficher les 5 médias de l'article


Écrit par :

  • : docteur d'état ès sciences physiques, professeur de métallurgie à l'université de Nancy-I

Classification

Autres références

«  ALLIAGES  » est également traité dans :

ACIER - Technologie

  • Écrit par 
  • Louis COLOMBIER, 
  • Gérard FESSIER, 
  • Guy HENRY, 
  • Joëlle PONTET
  •  • 14 172 mots
  •  • 10 médias

L'acier est un alliage de fer et de carbone renfermant au maximum 2 p. 100 de ce dernier élément. Il peut contenir de petites quantités d'autres éléments incorporés, volontairement ou non, au cours de son élaboration. On peut également y ajouter des quantités plus importantes d'éléments d'alliage ; il est considéré alors comme un acier allié . La teneur en carbone de certains de ces aciers alliés […] Lire la suite

AIMANTS

  • Écrit par 
  • Roger FONTAINE
  •  • 6 375 mots
  •  • 13 médias

Dans le chapitre « Matériaux à aimants permanents »  : […] Parmi les différentes méthodes de classement que l'on peut adopter pour exposer les propriétés des nombreux matériaux à aimants permanents, la plus naturelle est de former des groupes basés sur l'origine de l'hystérésis magnétique et sur la valeur du champ coercitif d'induction. Le classement ainsi établi correspond à des modes de préparation et à des propriétés physiques et mécaniques assez bien […] Lire la suite

ALUMINIUM

  • Écrit par 
  • Robert GADEAU, 
  • Robert GUILLOT
  •  • 9 650 mots
  •  • 19 médias

Dans le chapitre « Les alliages d'aluminium »  : […] L'aluminium pur a des emplois limités, sauf pour les conducteurs ; dès l'origine, on a cherché à faire des alliages, pour avoir des caractéristiques mécaniques plus élevées. La symbolisation employée ici est celle qui a été adoptée par l'Organisation internationale de normalisation (I.S.O.), fondée sur les symboles chimiques. Par exemple, Al-Cu 4 MgSi désigne le « duralumin » qui renferme en moye […] Lire la suite

ANTIMOINE

  • Écrit par 
  • Jean PERROTEY
  • , Universalis
  •  • 3 894 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Emploi dans les alliages »  : […] Près de la moitié de la production mondiale annuelle (qui s'élève à 70 000 t environ) est consommée comme élément durcissant dans les alliages à base d' étain et surtout de plomb. Les plaques des batteries d'accumulateurs, qui doivent présenter une grande résistance, sont constituées de plomb allié à environ 6 p. 100 d'antimoine. Ce dernier confère en plus une meilleure coulabilité et une meille […] Lire la suite

ARGENT, métal

  • Écrit par 
  • Robert COLLONGUES
  •  • 5 190 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Applications industrielles de l'argent et de ses sels »  : […] La ductilité, la conductivité et la malléabilité sont les qualités physiques de l’argent de plus en plus sollicitées avec la miniaturisation de l’électronique. Les principaux usages de l’argent concernent : – l’électronique en tant que conducteur (téléphones mobiles, ordinateurs, équipements électroniques, cellules solaires, etc.) ; – les usages bactéricides (nanotechnologies, industrie du textile […] Lire la suite

ARTISANAT DU BRONZE (Gaule préromaine)

  • Écrit par 
  • Cécile BRETON
  •  • 2 449 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Une prouesse technique : le bronze torsadé »  : […] Au début du v e  siècle apparaissent des objets très caractéristiques : des torques et des bracelets à joncs torsadés. Leur fabrication a donné naissance à une polémique parmi les archéologues. Pour certains, la régularité et le resserrement des spires excluaient l'utilisation du moule à la cire perdue qui nécessite le façonnage d'un modèle en cire par torsion. Pour d'autres, la rotation d'une bar […] Lire la suite

AVIATION - Avions civils et militaires

  • Écrit par 
  • Yves BROCARD
  •  • 9 438 mots
  •  • 21 médias

Dans le chapitre « Structure et matériaux »  : […] La structure de la cellule est conçue pour résister aux efforts qui s'exercent sur l'avion au cours des différentes phases du vol et pour toute sa durée de vie (de l'ordre de 40 000 h de vol), tout en étant aussi légère que possible, et cela pour un coût pas trop élevé. D'autres impératifs tels que la sécurité et la facilité d'effectuer la maintenance impliquent que, d'une part, la structure ne so […] Lire la suite

BÉRYLLIUM

  • Écrit par 
  • Jean-Paul CARRON, 
  • Robert GADEAU, 
  • Jean PERROTEY
  •  • 5 434 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « Applications »  : […] Le béryllium possède des particularités qui lui ont fait jouer un rôle important dans la physique moderne. Il est de tous les métaux celui qui absorbe le moins les rayons X (17 fois moins que l'aluminium). L' alliage à 62 p. 100 de béryllium et 38 p. 100 d'aluminium, à module d'élasticité élevé, s'emploie dans les missiles. L'alliage mère d'aluminium et de 10 p. 100 de béryllium est utilisé en fon […] Lire la suite

BISMUTH

  • Écrit par 
  • Anne-Marie TRISTANT
  •  • 2 946 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Les alliages »  : […] Le bismuth sert à préparer un certain nombre d'alliages, souvent eutectiques, qui peuvent être classés selon leurs emplois. Alliages à bas point de fusion  : ils sont surtout utilisés comme fusibles de sécurité dans les obus de gaz liquéfiés ou comprimés (chlore, ammoniac) pour éviter leur explosion en cas de surchauffe accidentelle ou dans la lutte contre l'incendie pour obturer des colonnes d'e […] Lire la suite

BRAGG sir WILLIAM HENRY (1862-1942) & sir WILLIAM LAWRENCE (1890-1971)

  • Écrit par 
  • Christian BRACCO
  •  • 1 792 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Des carrières plus indépendantes »  : […] Au sortir de la guerre, William Henry Bragg obtient le poste de professeur de physique au University College de Londres, avant d’être nommé en 1923 à la chaire de chimie de la Royal Institution, où il dirige le laboratoire Davy-Faraday. Il le dynamise en attirant de jeunes chercheurs, tout en centrant son activité sur l’étude des composés organiques par spectroscopie X. Quant à son fils, il obtien […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Jean-Claude GACHON, « ALLIAGES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/alliages/