E5 Diagramme de phase binaire

Topique

Le diagramme de phase binaire de cet alliage, plus détaillé que la règle des phases déjà utilisée par un autre modèle de cet ensemble, définit également les températures de transformation de cet alliage et la solubilité maximale du soluté que chaque phase peut tolérer à chaque température. Entre ces deux courbes de solubilité, celle du solide et celle du liquide, ce même diagramme de phase binaire définit aussi le coefficient de partage du soluté entre le solide et le liquide – le rapport entre la concentration de soluté que le solide et le liquide peuvent tolérer, les deux phases étant à l'équilibre à la même température. Le fait que ce coefficient de partage soit inférieur à un, le solide tolérant moins de soluté que le liquide à l'équilibre, signifie que lors de la solidification de ce métal, le solide en formation rejette du soluté dans le liquide encore en cours de solidification.

Le fait que ce coefficient de partage agisse sans que le soluté déjà rejeté dans le solide puisse se redistribuer par diffusion au sein de ce même solide — car la diffusion à l'état solide est beaucoup plus lente que la solidification elle-même — est ce qui, selon l'équation de Scheil, produit la ségrégation lors de la solidification de cet alliage : le soluté rejeté par chaque couche de solide qui se forme s'accumule dans le liquide restant, de plus en plus enrichi, de sorte que le solide qui se solidifie à la fin contient beaucoup plus de soluté que celui qui s'est solidifié au début. Lorsque ce coefficient de partage s'écarte de un, toujours selon l'équation de Scheil, cette ségrégation lors de la solidification s'accentue.

Cette même ségrégation, et en général tout écart entre la composition locale de cet alliage et sa composition d'équilibre selon ce diagramme de phase binaire, produit une sursaturation relative qui constitue la force motrice de toute transformation de phase ultérieure : plus la composition locale de cet alliage s'écarte de sa composition d'équilibre, plus l'énergie libre disponible pour ramener cette transformation de phase vers l'équilibre est importante. Une sursaturation relative plus importante accroît également la force motrice de cette transformation de phase et, par conséquent, accélère le processus.

Ainsi, ce modèle, avec son diagramme de phase binaire initial et son coefficient de partage, constitue la base d'un autre modèle de cet ensemble, qui décrit en détail la solidification de cet alliage à partir de son état liquide. Les températures de transformation et le coefficient de partage établis par ce modèle, ainsi que la ségrégation résultante selon l'équation de Scheil et la force motrice qu'elle engendre, sont utilisés par l'autre modèle pour décrire, étape par étape, la progression de cette même solidification.

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