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Questions diagrammes de phase fer carbone

  1. samudam

    Date d'inscription
    février 2008
    Âge
    42
    Messages
    12

    Questions diagrammes de phase fer carbone

    Bonjour,
    Je pose cette question sur le forum étudiants car j'espère l'avis d'étudiants éclairés en science des matériaux (SVP bac+2 min vu le sujet assez spécialisé), ou avec un peu de chance celui de leurs professeurs!

    J'essaie d'aider un collègue qui a des problèmes avec des cibles minces de fer (0.25microns) déposées sur du graphite (0.1microns), soumises à des faisceaux d'ions lourds de haute énergie (quelques MeV/nucleons, pour des expériences de physique nucléaire).
    Ces cibles cassent plus tôt que ce à quoi il s'attend en tenant compte uniquement des défauts crées par les ions énergétiques (qui font de véritables "trous" en raison de leur haute énergie)

    Donc ayant quelques (lointains!) souvenirs de mes études en science des matériaux, je lui ai suggéré qu'il pouvait s'agir d'un problème de diffusion du C dans Fe, puisque le faisceau dépose suffisamment d’énergie pour chauffer la cible entre 300 et 700°C suivant l’intensité (valeurs probablement surestimées car il s'agit de calculs thermiques peu adaptés à ces cibles minces), et d'autant plus que les cibles ont auparavant été fortement chauffées lors du dépôts Fe sur C par évaporation sous vide (probablement >800°C car le creuset d’évaporation du Fe est à quelques cm du substrat en graphite)

    J'ai d'abord calculé quelques ordres de grandeur pour vérifier que la diffusion du C dans Fe était assez rapide pour s'en préoccuper: à 250°C on a déjà une longueur de diffusion typique ~0.1microns/s (https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/am...iron_small.gif, très bien ce site!), donc vu la faible épaisseur des cibles <<1 micron, je considère que le C diffuse assez rapidement pour atteindre l’équilibre thermodynamique et donner la phase/concentration attendue sur le diagramme des phases Fe/C stable (http://www.gotrawama.eu/Siderurgia/T...)%20System.pdf)

    Donc le scénario que j'imagine après avoir jeté un coup d’œil à ce diagramme:
    Lors de l’évaporation, comme la température est probablement de l'ordre de ~750°C ou un peu plus, je m'attend à ce que la phase formée lors du dépôts Fe sur C, soit de l’austénite (phase gamma), saturé en C, soit ~0.8%C (puisque qu'on a vu que le coef. de diffusion était élevé)
    1ère question: est ce qu'il est possible que l’austénite s'enrichisse en C au delà de la solution solide saturée (par exemple si C précipite sous forme de C/graphite ou cémentite/Fe3C?), sinon la diffusion s'arrête quand on atteint l’équilibre austénite saturée?

    Ensuite après l'évaporation on laisse refroidir sous vide (lentement~30min), 2éme question: quand on repasse sous 1000K, donc en phase ferrite (alpha), obtient on ferrite+cémentite? (diagramme dit métastable voir lien précédent), ou ferrite+graphite? (diagramme dit stable), ou un mélange des deux? ou encore de l’austénite resterai sous forme métastable?

    En tout cas je m'attend à un changement de phase, donc des contraintes mécaniques qui pourraient déjà fragiliser la cible

    Ensuite on met la cible sous faisceau (~1 jour suivant l'intensité, jusqu'à ce qu'elle casse):
    -cas 1 faible intensité: température estimée ~300°C: s'il reste de l’austénite ou cémentite, à cette température ces phases métastable peuvent elle se décomposer sous forme C+ferrite? (ou possible mais trop lent?)
    -cas 2 forte intensité: température estimée ~700°C (mettons 750°C pour dire qu'on est bien dans le domaine de la phase austénite): là pour moi il y a pas trop de doute: pas étonnant que ça casse rapidement puisque qu'on a un changement de phase donc encore des contraintes mécanique

    Est ce que ce scénario tient la route?
    D'autres suggestions?

    PS: vu les faibles épaisseurs je néglige les éventuelles contraintes purement thermiques, entre autre dues aux différences de dilatation du dépôt Fe et du substrat C, je néglige aussi l'oxydation car on chauffe uniquement sous vide (à vérifier si les cibles restent longtemps à l'air, mais rarement plus d'1 jour et toujours à T°ambiante)

    Même si on a pas de solution, si on est sûr de comprendre pourquoi nos cibles cassent ce serai déjà pas mal! (mon collègue réfléchi déjà à utiliser autre chose qu'un substrat en graphite...)

    -----

    Dernière modification par samudam ; 01/12/2017 à 22h30.
     


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  2. samudam

    Date d'inscription
    février 2008
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    42
    Messages
    12

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    J'oubliais: les physiciens qui analysent les données voient du tungstene en plus du Fe, le creuset d'évaporation est en tungstene...
    m'est avis que je vais aussi potasser le diagramme Fe/W! (si quelqu'un sait ou trouver le diagramme ternaire Fe/C/w ça pourrai m'interesser! )
     

  3. albanxiii

    Date d'inscription
    novembre 2010
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    43
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    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    A priori cela n'a aucun rapport avec les TPE/TIPE, je déplace en chimie.
    Not only is it not right, it's not even wrong!
     

  4. samudam

    Date d'inscription
    février 2008
    Âge
    42
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    12

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    ok merci j'avais hésité, c'est juste que je visais surtout les étudiants en science des matériaux, et surtout leurs professeurs!
     

  5. XK150

    Date d'inscription
    mars 2017
    Messages
    939

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    Bonjour ,

    De quels ions lourds s'agit il ? Densité du faisceau ?
    Pour moi , les ions sont stoppés dans le matériau : Il faudrait avoir l'ordre de grandeur de l'endommagement en dpa ( déplacement par atome ) .
    Si l'endommagement est important , il suffit à expliquer la fragilisation du fer .
     


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  6. XK150

    Date d'inscription
    mars 2017
    Messages
    939

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    Re ,

    Bon , effectivement avec 0.25 microns , selon l'énergie , ils peuvent traverser la cible .
     

  7. samudam

    Date d'inscription
    février 2008
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    42
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    12

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    Bonjour, merci mais svp pas de hors-sujet: la question porte sur d'éventuels effets liés à la diffusion Fe/C, et s'adresse plutôt à des spécialistes du domaine.

    Pour info: oui bien évidement les ions lourds dégradent aussi la cible (ne serait ce que parce que le but c'est d'y produire des réactions nucléaires!), mais comme je l'ai déjà dit mes collègues qui connaissent bien ces effets pensent qu'il y a d'autres phénomènes concernant ces cibles particulières Fe sur C

    PS (pour éviter d'autres hors sujet): je vous remercie d'autant plus de ne pas continuer ce hors sujet, que vous semblez mal le connaître: cela n'a pas de sens d'affirmer que pour vous les ions s'arrêtent ou non dans la cible, alors que vous ne savez ni leur nature exacte, ni leur énergie...pour info ça dépend de nombreux paramètres qui changent suivant les manips donc je ne pourrai de toute façon pas vous répondre, d'ailleurs il existe des logiciels spécialisés pour répondre à ces questions, et bien entendu mes collègues physiciens les utilisent pour préparer leurs manips
     

  8. Sethy

    Date d'inscription
    juillet 2008
    Âge
    50
    Messages
    1 928

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    Pourquoi ne pas contacter un professeur au travers d'une mission de consultance rémunérée ?

    On sort quand même très largement d'un forum d'entraide, tant sur le fond, sur la forme que sur le ton.

    En plus, il y a quand même de nombreux détails qui me semblent à la limite du secret de recherche, mais ça ne vous concerne que vous et la personne pour laquelle vous vous renseignez.
     

  9. samudam

    Date d'inscription
    février 2008
    Âge
    42
    Messages
    12

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    pour adoucir ma réponse un peu sèche:
    pour résumer, vous avez tout à fait raison en disant que les ions endommagent la cible, simplement cette piste est assez bien connue de mes collègues qui étudient ce sujet (pour la plupart spécialistes en physique nucléaire), mais qui par contre ne connaissent pas bien les sciences des matériaux, sur lesquelles j'ai moi même de bonnes bases puisque j'ai entre autre un master science des matériaux/nanotechnologies. Mais comme j'ai perdu de vue mes anciens professeurs ou collègues spécialisés en matériaux, j'ai donc ouvert ce sujet en espérant obtenir des avis éclairés de spécialistes du domaine
     

  10. samudam

    Date d'inscription
    février 2008
    Âge
    42
    Messages
    12

    Re : questions diagrammes de phase fer carbone

    @ Sethy: effectivement la question d'une consultation plus professionnelle se pose, mais pour l'instant j'aimerai m'assurer que je ne suis pas trop à côté de la plaque!
    et ça coûte rien de demander, surtout sur ce très bon forum où j'ai parfois vu des discussions intéressantes très spécialisées! (et d'autres un peu moins mais ça fait partie de la vie des forums )
    Dernière modification par samudam ; 02/12/2017 à 18h30.
     


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