Métallurgie
Du minerai au matériau

Sommaire et contenu du livre "Métallurgie - Du minerai au matériau"

Table des matières AVANT·PROPOS III REMERCIEMENTS v REMERaEMENTS POUR LA SECONDE ÉDITION v PARTIE 1 MÉTALLURGIE EXTRACfIVE INTRODUCTION 3 CHAPITRE 1 • LES PROCÉDÉS INDUSTRIELS D'ÉLABORATION DES MÉTAUX ET ALUAGES 6 1. Introduction 6 2. Élaboration de l'acier (Chapitres 1.9. et 1.10.) 9 3. Élaboration de l'aluminium (Chapitre 1.11.) 11 4. Élaboration du nickel (Chapitre 1.12.) 11 5. Élaboration du cuivre (Chapitre 1.13.) 14 6. Élaboration du zinc (Chapitre 1.14.) 15 7. Élaboration du titane et du zirconium (Chapitre 1.15.) 16 8. Les opérations unitaires et les transformations chimiques mises en jeu 18 1. Opérations de séparation «solide/solide}) et «solidelfluide }) 22 2. Opérations de séparation des constituants d'une phase fluide 24 3. Les opérations unitaires chimiques et les réacteurs en pyrométallurgie 26 4. Les opérations unitaires chimiques et les réacteurs en hydrométallurgie 38 CHAPITRE 3 • THERMODYNAMIQUE DES TRANSfORMATIONS PYROMÉTALLURGIQUES (1) : TRANSfORMATION DE PARTICULES SOLIDES 40 1. Données thermodynamiques sur les réactions de formation des oxydes, sulfures, chlorures 40 2. Réduction des oxydes 46 3. Grillage des sulfures 54 4. Chloruration des oxydes 57 CHAPITRE 4 • THERMODYNAMIQUE DES TRANSfORMATIONS PYROMÉTALLURGIQUES (II): TRANSfORMATIONS EN PHASE LIQUIDE 60 1. Réactions de réduction d'oxydes à l'état liquide et d'affinage de métal ou de matte liquide 60 2. Les réactions de réduction d'oxydes par carbothermie 64 3. Réactions de conversion 64 4. Réactions métal-laitier et matte-laitier 72 5. Réactions de désoxydation 78 6. Thermodynamique des solutions liquides métalliques 79 7. Thermodynamique des mattes 83 8. Thermodynamique des laitiers 84 9. Application: Calcul du taux de désulfuration de l'acier 88 10. Application: décarburation de la fonte 89 11. Réactions de dégazage 90 CHAPITRE 5 • THERMODYNAMIQUE DES TRANSfORMATIONS HYDROMÉTALLURGIQUES 97 1. Les réactions de l'hydrométallurgie 98 2. Bases thermodynamiques 102 CHAPITRE 6 • CINÉTIQUE DES TRANSfORMATIONS (1) DE PARTICULES SOLIDES 107 1. Cinétique des transformations de particules solides 108 2. Cinétique des opérations de précipitation 122 CHAPITRE 7 • CINÉTIQUE DES TRANSfORMATIONS (II): TRAITEMENT DU MÉTAL LIQUIDE 124 1. Cinétique des réactions d'oxydation directe 124 2. Cinétique des réactions métal-laitier 127 3. Cinétique des opérations de dégazage 130 CHAPITRE 8 • BASES THERMODYNAMIQUES ET CINÉTIQUES DES OPÉRATIONS ÉLEGROMÉTALLURGIQUES 133 1. Introduction -loi de Faraday 133 2. Bases fondamentales des procédés électrométallurgiques 136 3. Électrolyse en solution aqueuse 142 4. L'électroraffinage 146 5. L'électrolyse ignée ou en sels fondus 148 CHAPITRE 9 • LE HAUT FOURNEAU: L'ÉLABORATION DE LA FONTE 150 1. Les filières d'élaboration du métal primaire 150 2. Description du haut-fourneau et de son fonctionnement 152 3. Les phénomènes mis en jeu et les processus élémentaires 156 4. Modélisation et conduite du haut-fourneau 163 CHAPITRE 10 • L'ÉLABORATION DE L'ACIER ÀPARTIR DE FONTE 172 1. Les étapes de l'affinage et les modes de conversion 172 2. Réactions chimiques mises en jeu 175 3. Cinétique de la décarburation 182 4. Calcul des enfournements 183 5. Les opérations de « métallurgie secondaire» 186 CHAPITRE 11 • L'ÉLABORATION DE L'ALUMINIUM 187 1. Extraction de l'alumine de la bauxite par le procédé Bayer 187 2. Électrolyse de l'alumine 190 3. Métallurgie secondaire/traitement du métal liquide 202 CHAPITRE 12 • L'ÉLABORATION DU NICKEL 204 1. Pyrométallurgie des minerais sulfurés 206 2. Pyrométallurgie des minerais oxydés 208 3. Pyrométallurgie de la matte de nickel 210 4. Électrolyse de la matte de nickel 211 5. Hydro-électrométallurgie de la matte de nickel avec purification par extraction par solvants 212 6. Hydrométallurgie des minerais sulfurés 213 7. Pyrométallurgie de mattes riches en nickel. Procédé nickel-carbonyle 215 CHAPITRE 13 • L'ÉLABORATION DU CUIVRE 218 1. Traitement des minerais sulfurés 219 2. Traitement des minerais oxydés 224 1. Pyrométallurgie 225 2. Hydro-électrométallurgie 229 CHAPITRE 15 • ÉLABORATION DU TITANE ET DU ZIRCONIUM 233 1. Présentation générale 233 2. Analyse des opérations unitaires 234 3. Métallurgie secondaire 239 CHAPITRE 16 • L'ÉLABORATION DU MAGNÉSIUM 240 1. Le procédé électrolytique 241 2. Pyrométallurgie de la magnésie 243 PARTIE 2 MÉTALLURGIE PHYSIQUE CHAPITRE 1 • COHÉSION, STRUaURE ET PROPRIÉTÉS PHYSIQUES 251 1. La liaison chimique dans les solides 251 2. Propriétés liées à la liaison chimique 258 3. Organisation atomique et cristallinité 264 4. Structure électronique des métaux 274 5. Propriétés magnétiques 282 CHAPITRE 2 • STRUaURES CRISTALLINES 290 1. Généralités 290 2. Structure cristalline des corps simples 291 3. Les solutions solides 298 4. Les solutions solides ordonnées 314 5. Les composés intermédiaires 320 CHAPITRE 3 • ÉQlIll.IBRES THERMODYNAMIQUES ET DIAGRAMMES DE PHASE 332 1. Introduction 332 2. Conditions de l'équilibre 333 3. Détermination des diagrammes de phase 341 4. Modèles thermodynamiques 344 5. Applications à quelques équilibres 347 6. Détermination expérimentale des grandeurs thermodynamiques 353 7. Modèles statistiques 354 CHAPITRE 4 • LES DÉFAUTS PONCTUELS 363 1. Introduction 363 2. Les défauts atomiques ponctuels 364 3. Création de défauts ponctuels 370 4. Étude expérimentale des défauts ponctuels 370 5. Irradiation 376 6. Atomes étrangers 386 7. Défauts ponctuels dans les composés 389 CHAPITRE 5 • LA DIFFUSION 392 1. Introduction 392 2. Sauts atomiques et coefficient de diffusion 394 3. Mécanismes élémentaires de la diffusion 399 4. Autodiffusion par lacunes 402 5. Diffusion dans les alliages et interdiffusion 404 6. Les équations de la diffusion et leurs solutions 412 7. Courts-circuits de diffusion 418 8. Diffusion forcée 422 9. Le frittage 425 10. Annexe: Quelques ordres de grandeur 430 CHAPITRE 6 • DISLOCATIONS ET DÉFAUTS D'EMPILEMENT 432 1. Défauts linéaires: les dislocations 432 2. Défauts plans: défauts d'empilement et dislocations imparfaites 469 3. Rôle chimique des dislocations et des défauts d'empilement 479 CHAPITRE 7 • SURFACES ET INTERFACES 482 Introduction 482 1. Première partie: les surfaces 482 2. Deuxième partie: interfaces solide/solide, joints de grains 490 TRANSFORMATIONS STRUcrURALES CHAPITRE 1 • INTRODUCTION AUX CHANGEMENTS DE PHASE 5j 1 1. Introduction 5II 2. Aspects thermodynamiques 513 3. Aspects cristallographiques 519 4. Aspects morphologiques 522 5. Aspects cinétiques 525 6. Théorie classique de la germination 529 7. Classification des transformations structurales 536 8. Méthodes expérimentales d'étude des cinétiques 540 ANNEXE Conditions aux interfaces 545 CHAPITRE 2 • LA SOLIDIFICATION DES MÉTAUX ET DES ALLIAGES 549 1. Introduction 549 2. Étude expérimentale des diagrammes de phase solide/liquide 549 3. Interprétation thermodynamique 560 4. Cinétique de la solidification 563 5. Coulée des métaux 580 6. Solidification et soudage 582 CHAPITRE 3 • lRANSFORMATIONS POLYMORPHIQUES ET TRANSFORMATIONS ORDRE-DÉSORDRE 594 1. Transformations allotropiques des corps purs 594 2. Influence des éléments d'addition sur les transformations allotropiques 596 3. Influence de l'hydrogène 604 4. Transformations polymorphiques des composés 607 5. Transformations ordre-désordre 609 CHAPITRE 4 • LA PRÉCIPITATION DANS LES SOLUTIONS SOLIDES MÉTALLIQUES 615 1. Étude générale des phénomènes de précipitation 615 2. Cristallographie et morphologie des précipités 627 3. Réactions discontinues ou cellulaires 633 4. Localisation des précipités 642 5. Dissolution des précipités 6. Formation de bulles gazeuses et de cavités 7. Relations d'orientation dans les alliages Fe-C CHAPITRE 5 • 1RANSfORMATIONS MARTENSITIQUES ET BAINITIQUES 1. La martensite des aciers 2. Généralité des transformations martensitiques 3. La transformation allotropique du cobalt 4. Aciers et alliages ferreux 5. Cristallographie de la transformation 6. Thermodynamique de la transformation 7. Mémoire mécanique, alliages à mémoire de forme 8. Germination de la martensite 9. Les transformations bainitiques CHAPITRE 6 • RESTAURATION ET RECRISTALlISATION 1. Introduction 2. La restauration 3. La recristallisation 4. Croissance des grains 5. Croissance anormale (ou exagérée) 6. Effet d'une dispersion de particules 7. Textures de reeristallisation 8. Restauration et recristallisation dynamiques 9. Méthodes de simulation de la recristallisation CHAPITRE 7 • LES TRAITEMENTS THERMIQUES DES ALLIAGES INDUSTRiElS 1. Diagrammes de transformations 2. Les catégories de traitements thermiques 3. Traitements thermiques des aciers 4. Superalliages 5. Traitements thermiques des alliages légers 6. Traitements thermiques des alliages de titane 7. Traitements de surface 646 647 651 652 653 656 660 661 664 667 673 675 676 681 681 683 692 701 704 705 708 711 712 714 714 718 724 732 733 737 740 MÉTALLURGIE MÉCANIQUE CHAPITRE 1 • GÉNÉRALITÉS SUR LA DÉFORMATION PLASTIQUE 747 1. Les courbes de déformation 747 2. Description phénoménologique de la plasticité 752 3. De l'éprouvette à la pièce: les sollicitations multiaxiales 755 4. Classification des mécanismes de déformation 759 CHAPITRE 2 • DÉFORMATION ÀFROID ET MÉCANISMES DE DURCISSEMENT 761 1. Les mécanismes de déformation 761 2. La limite d'élasticité des métaux et alliages 777 3. L'écrouissage des métaux et alliages 789 4. Les instabilités plastiques 795 CHAPITRE 3 • DÉFORMATION ÀCHAUD 799 1. Les mécanismes spécifiques de la déformation àchaud 799 2. L'essai de fluage 802 3. Modélisation des lois de déformation à chaud 805 4. Superplasticité 807 5. Conclusions 808 CHAPITRE 4 • APPLICATIONS DE LA PLASTICITÉ 809 1. La mise en forme des alliages à l'état solide 809 2. Quelques situations industrielles 824 3. Conclusions 835 CHAPITRE 5 • ENDOMMAGEMENT ET RUPTURE: GÉNÉRAI.ITÉS 836 1. Endommagement et rupture, effets des paramètres de sollicitation 836 2. Stabilité d'un défaut préexistant: notions de mécanique de la rupture 838 3. Endommagement généralisé: notions de mécanique de l'endommagement 842 4. Essais mécaniques spécifiques, nouvelles méthodes de caractérisation 844 CHAPITRE 6 • MÉCANISMES D'ENDOMMAGEMENT EN SOLLICITATION MONOTONE 847 1. Introduction 847 2. Mécanismes élémentaires de la rupture 851 3. Exemples de modélisation des micromécanismes de la rupture 866 4. Approche locale de la rupture 876 5. Conclusions 877 CHAPITRE 7 • MÉCANISMES D'ENDOMMAGEMENT EN FATIGUE 879 1. Spécificité de la sollicitation en fatigue 879 2. Propagation des fissures en fatigue 888 3. Durée de vie des pièces non préfissurées 891 4. Complexité du problème de la fatigue des métaux et alliages 893 CHAPITRE 8 • ÉTUDE DE QUELQUES CAS DE RUPTURE PAR ENDOMMAGEMENT 895 1. Introduction 895 2. Transition ductile/fragile 896 3. Rupture amorcée par des défauts internes 899 4. Rupture brutale amorcée par fatigue 900 5. Les remèdes 902 6. Vers une méthodologie de l'analyse d'avarie 905 PARTIE 5 LA CORROSION A. LA CORROSION AQUEUSE DES MATÉRIAUX MÉTALLIQUES CHAPITRE 1 • GÉNÉRALITÉS 913 1. Les différentes formes de corrosion 914 2. Les milieux corrosifs 919 3. Les matériaux 920 CHAPITRE 2 • LA NATURE ÉLECTROCHIMIQUE DE LA CORROSION 922 1. Généralités 922 2. Réactions électrochimiques et corrosion métallique 928 3. Équilibres chimiques et électrochimiques 929 4. Cinétique des réactions électrochimiques 939 5. Électrodes simples et électrodes mixtes 945 1. Corrosion et réactions de réduction -potentiel de corrosion -diagramme d'Evans 948 2. Réactions cathodiques 952 3. Couplage galvanique 954 CHAPITRE 4 • CORROSION UNIFORME DISSOLUTION ACilVE ET PASSIVITÉ 964 1. Dissolution active 964 2. La passivité 966 CHAPITRE 5 • CORROSION LOCALISÉE 974 1. Origines des phénomènes de corrosion localisée. Hétérogénéités locales et piles de corrosion 974 2. Corrosion localisée en milieux chlorurés neutres: corrosion par piqûre et corrosion caverneuse 977 3. Corrosion galvanique 988 4. Corrosion intergranulaire 992 CHAPITRE 6 • LA CORROSION ATMOSPHÉRIQUE 997 1. Le milieu corrosif 997 2. Morphologie de la corrosion atmosphérique 1000 3. Cinétique de la corrosion atmosphérique 1000 4. La corrosion atmosphérique des aciers non alliés 1001 CHAPITRE 7 • LA LUnE CONTRE LA CORROSION AQUEUSE 1004 1. Les choix technico-économiques 1005 2. Les méthodes de lutte contre la corrosion 1005 CHAPITRE 8 • L'OXYDATION ACHAUD DES MÉTAUX 1014 1. Introduction 1014 2. Un modèle simple de l'oxydation d'un métal pur 1015 3. Diffusion ambipolaire et théorie de Wagner 1021 4. Oxydation des alliages 1025 5. Contraintes internes et dégradation des pellicules d'oxydes 1030 6. Méthodes d'étude de l'oxydation 1034 7. Atmosphères d'oxydation 1034 8. Protection contre l'oxydation 1035 B. LA FISSURATION DES MATÉRIAUX EN MILIEU CORROSIF CHAPITRE 9 • CORROSION SOUS CONTRAINTE 1. Caractéristiques de la corrosion sous contrainte 2. Mécanismes de corrosion sous contrainte 3. Étude expérimentale des phénomènes de corrosion sous contrainte CHAPITRE 10 • FRAGILISATION PAR L'HYDROGÈNE 1. Dommages créés pa r l'hydrogène dans les matériaux 2. Mécanismes de fragilisation par l'hydrogène 3. Cas des aciers martensitiques et ferritiques CHAPITRE 11 • FATIGUE·CORROSION 1. Amorçage des fissures de fatigue-corrosion 2. Propagation des fissures en fatigue-corrosion ANNEXE 1 • RAPPELS DE NOTIONS FONDAMENTALES SUR LES CARACTÉRISTIQUES DES RÉACTIONS CHIMIQUES 1. Grandeurs caractéristiques d'un système et d'une réaction 2. Bases thermodynamiques 3. Bases cinétiques ANNEXE 2 • RAPPELS D'ÉLASTICITÉ 1. Tenseurs 2. États plans de contrainte et de déformation BIBUOGRAPHIE 1. Ouvrages généraux de science des matériaux 2. Ouvrages généraux de métallurgie 3. Thermodynamique 4. Métallurgie extractive 5. Physique des solides 6. Métallurgie physique 7. Métallurgie mécanique 8. Métaux 1039 1041 1052 1056 1058 1058 1059 1060 1062 1063 1063 1069 1070 1075 1083 1089 1089 1094 1097 1097 1098 1098 1099 1099 1100 1101 1102 9. Procédes de mise en œuvre des métaux 1102 10. Corrosion 1103 11. Autres matériaux 1103 12. Matériaux pour l'électronique 1104(. 13. Méthodes de caractérisation 1104 14. Modélisation et simulations numériques 1105 15. Histoire 1105 16. Ouvrages de référence 1105 17. Collections 1106 INDEX 1109