E1 Phases et composition

Topique

La composition chimique globale de cet alliage multicomposant, ainsi que le diagramme de phases correspondant, déterminent, selon la règle des phases, la proportion dans laquelle les phases α et β coexistent à l'équilibre. Dans la zone biphasée de ce diagramme, la distance entre la composition globale de l'alliage et la composition de chacune des deux phases, toujours selon la règle des phases, détermine la fraction de chaque phase présente. Le fait que la composition globale de cet alliage soit plus proche, dans ce diagramme de phases, de la composition de la phase α signifie que, selon cette règle des phases, la fraction de la phase α présente est plus importante, et par conséquent, la fraction de la phase β est plus faible.

Cette coexistence même des phases α et β respecte toujours le bilan massique global de cet alliage : la somme des masses de chaque élément dans cet alliage, réparties entre les deux phases selon leurs compositions respectives et la fraction qui leur est attribuée par la règle des phases, doit être exactement égale à la masse totale de cet élément dans la composition globale de l'alliage. Si la proportion de l'une de ces deux phases varie sans modifier la composition globale de l'alliage, la composition de l'autre phase doit s'ajuster en conséquence pour maintenir l'équilibre massique.

Le nombre de variables (composition de chaque phase présente et température du système) pouvant être librement modifiées sans altérer le nombre de phases coexistantes à l'équilibre est limité par la loi des phases de Gibbs, appliquée ici à pression constante : plus le nombre de phases coexistantes dans cet alliage est élevé, moins il y a de degrés de liberté pour faire varier sa composition et sa température sans provoquer l'apparition ou la disparition d'une de ces phases. Le fait que cet alliage présente plusieurs phases coexistantes dans une région spécifique de son diagramme de phases implique, selon la loi des phases de Gibbs, que le nombre de degrés de liberté disponibles dans cette même région est réduit.

Ce modèle, avec sa composition globale et les fractions de phases alpha et bêta avec lesquelles il a été initialement développé, alimente donc trois autres modèles de cet ensemble : celui qui décrit en détail le diagramme de phases binaire (dont seule la règle des phases est ici extraite), celui qui décrit la diffusion entre ces mêmes phases et celui qui décrit la solidification de cet alliage à partir de son état liquide. Le fait que les phases présentes dans cet alliage, et leurs fractions respectives, puissent être déterminées par ce modèle à partir de la composition et de la température, sans qu'il soit nécessaire de les observer directement, permet à un autre modèle de cet ensemble – celui qui décrit la diffraction des rayons X de ce métal – de les mesurer expérimentalement et d'identifier, grâce à la loi de Bragg, les phases effectivement présentes.

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