• Pré-requis et Objectifs
• Cours
  • Contenu
    • 1 - Introduction
    • 2 - Les liaisons atomiques
      • 2.1 - La molécule
      • 2.2 - Origine des liaisons interatomiques
      • 2.3 - Type de liaisons
      • 2.4 - Les liaisons chimiques
      • 2.5 - Les liaisons physiques
    • 3 - Arrangement structural des solides cristallins
      • 3.1 - Le cristal parfait
        • 3 . 1 . 1 - Le réseau cristallin
        • 3 . 1 . 2 - Structure cristalline
      • 3.2 - Formation des solides
      • 3.3 - Le cristal réel
    • 4 - Structure des métaux
      • 4.1 - Généralités
      • 4.2 - Solidification des métaux
    • 5 - Structure des alliages
      • 5.1 - Généralités
      • 5.2 - Solutions solides d’insertion
      • 5.3 - Solutions solides de substitution
    • 6 - Structure des céramiques
      • 6.1 - Introduction
      • 6.2 - Céramique – le matériau
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4  -  Structure des métaux

4 . 1  -  Généralités

Les métaux représentent 2/3 des éléments du tableau périodique et environ 24% de la masse de la planète. Ce qui distingue les métaux des non métaux est leur liaison interatomiques (cf. Liaison métallique).

La plupart des métaux comme la plupart des solides ont des structures cristallines cubiques (CC et CFC) (Figures 12 et 13) ou hexagonales (HC) (Figure 14).

4 . 2  -  Solidification des métaux

1- Formation des grains et joints de grains

La plupart du temps, lorsqu’un matériau solidifie, de nombreux cristaux se forment dans le liquide et un solide polycristallin (plusieurs cristaux) se forme.Le moment où le cristal commence à croître est appelé nucléation et le point où il se produit le point de nucléation.

 A la température de solidification, les atomes du liquide, commencent à se lier entre eux aux points de nucléation et à former des cristaux (Figure 27). Très souvent, la solidification est initiée par la présence d’impuretés dans le liquide. Lorsque la température diminue, les atomes vont se déposer sur les impuretés et le cristal va commencer à se former. Ce processus est appelé nucléation hétérogène.

Les tailles finales individuelles des cristaux dépendent du nombre de points de nucléation. La taille des cristaux augmente par l’addition progressive d’atomes et croisse jusqu’à ce qu’il touche le cristal voisin en formation (Figure 27). 

Figure 27 : Solidification d’un métal par nucléation hétérogène

Le cristal est appelé grain et les joints entre les cristaux, joints de grains (Figure 8 ). La zone du joint de grain est formée d’atomes qui n’ont pas de structure cristalline (zone désordonnée).

Un refroidissement rapide ou la présence d’un plus grand nombre d’impuretés (on peut en ajouter volontairement) résultera en un plus grand nombre de points de nucléation et par conséquent, de grains de plus petites tailles (structure à grains fins). Un refroidissement lent résultera généralement en des grains plus grands.

2- Dendrites

Dans les métaux, les cristaux se formant lors du refroidissement suivent généralement un schéma de solidification qui consiste en une branche principale et de multiples ramification. Le cristal ressemble à un pin et est appelé dendrite (Figure 28). La forme dendritique apparaît parce que les cristaux croissent selon des plans définis suite au treillis qu’ils créent.

Figure 28 : Représentation schématique d’une dendrite