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Pré-Publication, Document De Travail Année : 2020

Local study of the Mn-Cr system by thermodynamic calculations and by the elaboration of an alloy followed by its metallographic study

Etude locale du système Mn -Cr par calcul thermodynamique et par l'élaboration d'un alliage suivie de son étude métallographique

Patrice Berthod

Résumé

The microstructures and the refractoriness of the {Mn, 10-40 wt.%Cr} binary alloys were explored by thermodynamic calculations using Thermo-Calc. Thereafter, a Mn-25wt.%Cr alloy was synthesized by high frequency induction melting, and its microstructure was observed by scanning electron microscopy. The diagram computed over the {10-40wt.% Cr} × {800-1800K} frame evidences the two local peritectics and the local peritectoid. The solidus temperatures all being over about 1270°C, calculations show that the Mn-based binary alloys with a chromium content varying in the range studied here are rather refractory. The elaboration by melting of a mix of pure elements was accompanied by a rather intensive emission of dark gases. The cutting of the obtained ingot evidenced a great brittleness of the alloy. Many defects as cracks were found inside the ingot. EDS analysis demonstrated a greater Cr content and a lower Mn content than expected. SEM observation evidenced the double-phased microstructure of the alloy: by comparison to the alloy, a clear phase richer in Mn and a dark phase richer in chromium. Vickers indentation performe on the alloy led to rather scattered results, spread between 550 and 830 Hv 10kg. The high hardness of this alloy and its brittleness may be due to its structure made of two intermetallic compounds.
Les microstructures des alliages binaires Mn-xCr avec x variant de 10 à 40% en masse, ainsi que leur réfractairité, ont ici fait l'objet d'une exploration au moyen de calculs thermodynamiques à l'aide de Thermo-Calc. Ensuite, un alliage Mn-25Cr a été élaboré par fusion inductive haute fréquence sous atmosphère inerte, et sa structure a été observée par microscopie électronique à balayage. Le diagramme calculé sur {10-40pds.% Cr} × {800-1800K} met en évidence les deux péritectiques locaux et le péritectoïde. Avec des températures de solidus d'un minimum de l'ordre de 1270°C, le calcul montre que les alliages Mn-(10 à 40pds.%)Cr peuvent être assez réfractaires. L'élaboration par fusion de l'alliage Mn-25pds.%Cr à partir d'éléments purs s'est accompagnée de l'émission intense de gaz opaque. La découpe du lingot a montré une grande fragilité de l'alliage. Beaucoup de défauts de type fissure ont été trouvés dans le lingot. L'analyse en EDS de la composition de l'alliage obtenu est plus riche en Cr, et donc plus pauvre en Mn, que visé. Observée au MEB la microstructure apparaît biphasée, avec, par rapport à l'alliage entier, une phase claire plus riche en Mn et une phase sombre plus riche en Cr. Des essais d'indentation Vickers ont mené à des résultats dispersés compris entre 550 et 830 Hv 10kg. La grande dureté de cet alliage ainsi que son comportement fragile peuvent être attribués à une structure faite de deux composés intermétalliques.
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hal-02538447 , version 1 (09-04-2020)
hal-02538447 , version 2 (15-04-2020)

Identifiants

  • HAL Id : hal-02538447 , version 2

Citer

Patrice Berthod. Etude locale du système Mn -Cr par calcul thermodynamique et par l'élaboration d'un alliage suivie de son étude métallographique. 2020. ⟨hal-02538447v2⟩
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