Les transformations sans diffusion

Dans le cas où la vitesse de refroidissement est suffisamment rapide, les phénomènes diffusionnels à l’origine des transformations de phases ne peuvent pas se produire car les équilibres thermodynamiques ne sont pas continûment atteints. Ce type de transformation donne naissance à des composés hors d’équilibre (qui ne figurent pas sur les diagrammes de phases). Ces transformations correspondent à des mouvements collectifs d’atomes sur des distances inférieures à la distance interatomique. On les appelle aussi transformations par cisaillement ou par déplacement.

Trois cas peuvent être distingués :

  • Cas où la phase mère est un liquide (voir Fig. suivante) : Si la vitesse de refroidissement est suffisamment rapide, on produit un verre, si la vitesse de refroidissement est suffisamment faible, la cristallisation se produit (notons que si la vitesse de refroidissement est suffisamment lente, alors la cristallisation se produit par des processus diffusionnels.) ;

  • Cas où la phase mère est une solution solide cristalline : la composition et la structure cristalline de la phase restent inchangées et on peut retenir en solution solide sursaturée des éléments d’alliage (base des traitements thermiques de durcissement structural, voir Chapitre VI) ;

image/svg+xml 20°C L => C cristal liquide verre cristal verre(amorphe)
Diagramme TTT montrant la formation d'un verre ou d'un cristal selon la vitesse de refroidissementInformations[1]
  • Cas où la phase mère cristalline se transforme lors du refroidissement en une autre structure cristalline (voir Fig. ci-après). Ce type de transformation, appelée transformation martensitique ou transformation displacive, se produit dans les matériaux dont le(s) élément(s) de base présente(nt) des transformations allotropiques traduisant des changements de structure cristalline selon la température (\(\ce{Fe}\), Aciers, Alliages à mémoire de forme \(\ce{NiTi}\), etc). L’illustration décrit schématiquement le diagramme \(\ce{TTT}\) d’un acier sujet à la transformation martensitique - \(M_s\) (martensite start) et \(M_f\) (martensite finish) étant les températures de début et de fin de transformation - ainsi que la structure cristalline de type quadratique centrée de la martensite, composée de \(\ce{Fe}\) et de \(\ce{C}\) en solution solide. Si la vitesse de refroidissement est suffisante, alors la quantité de martensite formée ne dépend que de la température atteinte. Si cette température est inférieure à \(M_f\), le matériau se transforme entièrement, si elle est comprise entre \(M_s\) et \(M_f\), alors seule une certaine fraction volumique est transformée. La microstructure de la martensite est décrite au chapitre VI (Fig. 6.83, p.203).

image/svg+xml 1% 99% C FeM Fecfc
Transformation martensitique dans les aciers. a) courbe TTT, Ms et Mf sont les températures de début et de fin de transformation martensitique b) structure de la martensite (FeM)Informations[2]