Comportement mécanique des matériaux

Je vous mets en ligne, pour le bénéfice de toutes & tous, ma réponse à des questions qui m'avaient été posées l'an dernier:

Définition de la maturation:

Maturation (dans le contexte de la science des matériaux) = évolution de la microstructure (n'importe laquelle) d'un matériau mue par la réduction des énergies d'interface ou de surface, visant généralement (il y a des fois où l'anisotropie complique les choses) à réduire le nombre de mètres carrés de ces interfaces ou surfaces par mètre cube de matériau.

Par conséquent la maturation tend à rendre les microstructures plus grossières: la taille moyenne des précipités, des bras de dendrite, des grains, ou (dans les mousses) des bulles, croît dans le temps. Outre l'échelle de la microstructure, sa géométrie change aussi, pour faire évoluer la forme des interfaces vers des surfaces de moindre aire, donc pour approcher ou atteindre la forme d'une sphère.

La maturation nécessite le plus souvent la diffusion d'atomes à travers les phases en présence, car les interfaces séparent en général des phases de compositions différentes (il y a des exceptions, comme la maturation dans un matériau composé d'un seul élément).

La température intervient donc car plus elle est élevée, plus la diffusion est rapide. Ceci qui fait qu'une élévation de la température accélère généralement la maturation des microstructures.

Lien de la  maturation avec la mise en solution et l'homogénéisation des alliages:

La maturation va perturber la mise en solution de secondes phases hors équilibre au sein d'un alliage si vous chauffez l'alliage au-delà du point où apparaît du liquide (donc au-dessus de la température eutectique pour les alliages comme ceux de l'aluminium et du cuivre). La raison en est que la diffusion à travers les liquides est beaucoup plus rapide qu'à travers le même matériau sous forme solide (ceci est généralement vrai).

Dès lors, si vous fondez une partie de l'alliage, la diffusion dans le liquide étant beaucoup plus rapide que dans le solide, la maturation de la phase liquide va avoir lieu très rapidement. La maturation, et donc le mouvement de l'interface liquide/solide, va donc en peu de temps diminuer l'aire de l'interface liquide/solide par unité de volume du matériau et le liquide évoluera pour prendre la forme de films et de sphères de taille grossière. La dissolution des atomes du liquide dans le solide, qui nécessite la diffusion du soluté (cuivre pour Al-Cu) à travers le solide, prendra de ce fait très longtemps, car cette diffusion doit maintenant avoir lieu sur des distances agrandies (en fait, ce qui est pire, continûment grandissantes). La mise en solution et avec elle l'homogénéisation de l'alliage se trouvent de ce fait compromises si on chauffe l'alliage au-delà de la température où apparaît une phase liquide en son sein.

Pour aller plus loin il vous faudrait apprendre comment fonctionne la diffusion - ce qui peut bien sûr être fait plus tard pour celles/ceux que cela intéresse, mais n'est pas le propos de ce cours - donc j'arrête là (en ne vous demande pas de savoir davantage pour ce cours).