Au cœur des matériaux cristallins

Les diagrammes \(\ce{TTT}\) permettent de prévoir la cinétique de transformation des phases par diffusion à une température donnée. Il s’agit d’une représentation isobare indiquant en fonction de la température et du temps de transformation la nature des phases en présence. Les transformations par diffusion d’une phase «mère» vers une phase «produit», par exemple dans le cas de la solidification ou de la précipitation, résultent de la germination et de la croissance de cette dernière. Le taux de transformation d’une nouvelle phase au dépend d’une phase mère, et donc le temps de transformation, dépendent de la température. Ce taux croit d’une valeur proche de 0 à la température de transformation de phase (par exemple dans le cas de la solidification où à cette température la surfusion est nulle) jusqu’à une valeur donnée (à \(T < T_\textrm{transformation de phase}\)) puis décroit quand la température baisse encore car la germination est fort dépendante de l’agitation thermique. Parallèlement, le taux de croissance décroît exponentiellement quand la température baisse. En conséquence, le taux de transformation, résultant de ces deux effets, suit la variation indiquée sur le schéma suivant.

Les schémas des figures suivantes rendent compte de ces éléments cinétiques pour la transformation de phase liquide-solide. Notons que les transformations de phases par diffusion ne sont pas instantanées. on définit généralement des courbes correspondant à des taux de conversion de \({1}{\, \%}\) à \({99}{\, \%}\) par exemple, comme cela est illustré ci-après. En isotherme, lorsque la surfusion est suffisante, la transformation s’initie après un temps d’incubation et se poursuit pendant une durée donnée. En conséquence, on définit des courbes correspondant au début et à la fin de la transformation. Corrélativement, on peut suivre la fraction volumique de phase transformée au cours du temps. Son évolution est typiquement d’allure sigmoïdale.

La lecture du diagramme \(\ce{TTT}\) est très simple. Par exemple, si l’on maintient le matériau à une température \(T_1 < T_{\textrm{transformation de phase}}\) après refroidissement rapide (trempe), on aura un début de transformation à \(t_\textrm{début}\), puis une accélération suivie d’un ralentissement de la transformation quand les grains de la phase «produit» se rencontrent. La transformation s’arrête à \(t_\textrm{fin}\) lorsque tout le volume du matériau est transformé.