M3 Durcissement par précipitation

Topique

Les particules de seconde phase qui précipitent au sein de ce métal, dispersées dans la matrice métallique, bloquent le mouvement des dislocations qui tentent de la traverser. Ce blocage est à l'origine du durcissement structural décrit par ce modèle : plus il est difficile pour une dislocation de traverser cette dispersion de particules de seconde phase, plus la résistance mécanique supplémentaire conférée par ce mécanisme de durcissement est importante. La plus grande proximité de ces particules de seconde phase, avec un espacement réduit entre les précipités, implique qu'une dislocation en mouvement les rencontre plus fréquemment et, par conséquent, la résistance conférée par ce mécanisme de durcissement est plus grande.

Lorsque chacune de ces particules de seconde phase est suffisamment petite et cohérente avec le réseau cristallin de la matrice environnante, la dislocation qui la rencontre ne la contourne pas mais la traverse directement, la clivant en deux : c'est le mécanisme de cisaillement, et la résistance supplémentaire qu'il confère dépend de l'énergie supplémentaire nécessaire à cette dislocation pour créer la nouvelle surface de désalignement qu'elle laisse à l'intérieur de la particule lors de sa coupe. Le fait que ces petites particules cohérentes soient plus grandes, dans le même régime de cisaillement, accroît également la résistance supplémentaire apportée par ce mécanisme de cisaillement.

Cependant, lorsque ces mêmes particules de seconde phase croissent jusqu'à devenir trop grandes ou cesser d'être cohérentes avec la matrice environnante, la dislocation qui les rencontre ne peut plus les cisailler. Elle doit alors former une boucle entre chaque particule jusqu'à les encercler complètement, laissant derrière elle une boucle de dislocation : c'est le mécanisme d'Orowan, et la résistance supplémentaire qu'il apporte dépend, dans ce cas, de l'espacement entre les précipités que la dislocation doit traverser. Le fait que ces grandes particules non cisailables soient plus proches les unes des autres, avec un espacement plus faible entre les précipités, signifie que la dislocation doit former une boucle plus longue pour encercler chacune d'elles, et par conséquent, la résistance supplémentaire apportée par ce mécanisme d'Orowan est plus importante.

Ainsi, ce modèle, avec son mécanisme initial de blocage par dislocation, établit un rayon de transition dans la taille de ces particules de seconde phase. Ce rayon correspond au point où le cisaillement des particules par une dislocation devient plus aisé, tout comme leur contournement. En deçà de ce rayon de transition, le mécanisme de cisaillement prédomine, tandis qu'au-delà, c'est le mécanisme d'Orowan qui prévaut. Par conséquent, la résistance maximale conférée par le durcissement structural est atteinte précisément lorsque la taille des particules de seconde phase se rapproche de ce rayon de transition. Le fait que ce mécanisme de blocage des dislocations par les particules de seconde phase soit prédominant dans les alliages d'aluminium et les superalliages traitables thermiquement fait de ce modèle le mécanisme de durcissement le plus pertinent pour ces familles d'alliages.

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