solidification

Passage d'un corps d'une phase liquide ou gazeuse à l'état solide.

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La solidification d'un corps dépend de la température et de la pression. Ainsi, à la pression atmosphérique, l'eau gèle et se transforme en glace solide à 0° C. La solidification d'un corps pur à pression constante se déroule à température constante. La chaleur dégagée lors de la solidification correspond à la chaleur latente de fusion, qui est le changement d'état inverse (passage d'un solide à l'état liquide).

La solidification est une transition de phase du premier ordre.

MÉTALLURGIE

La solidification est régie par de nombreux paramètres qui influent sur la transformation du liquide, de structure désordonnée, en un solide qui peut être du type vitreux ou du type cristallin (structure ordonnée).

La cristallisation s'accompagne le plus souvent d'une diminution de volume et d'un partage des éléments d'alliage entre le liquide et le solide. La contraction de solidification produit des retassures et des microretassures donnant des porosités dans la pièce coulée. Les éléments d'alliage se concentrent le plus souvent dans la phase liquide donnant, après solidification complète, des zones ségrégées, qui peuvent s'atténuer fortement par recuit (alliages non ferreux), ou faiblement (alliages ferreux). La persistance de cette structure de coulée est mise à profit en macrographie pour retrouver a posteriori la structure de solidification des pièces mécaniques, même après corroyages et traitements.

Les alliages se solidifient en moules (pièces de fonderie), en lingotières fixes (lingots de 1 t à 450 t), en lingotières oscillantes ou rotatives (coulée continue jusqu'aux sections de 300 450 mm) ou par centrifugation (tuyaux). Dans tous les cas, la peau du produit coulé est composée de dendrites très fines, suivies, vers l'intérieur, de dendrites allongées (zone basaltique), puis, à cœur, de dendrites équiaxes (non allongées). La ségrégation affecte chaque dendrite (ségrégation mineure) ; de plus, tout déplacement relatif entre les dendrites et le liquide engendre des ségrégations localisées, en particulier dans la zone axiale. L'amplitude de ces ségrégations croît avec la durée de la solidification (donc avec l'épaisseur du produit coulé) et, pour les aciers, avec la teneur en carbone.

Après déformation à chaud ou à froid, les alliages présentent une anisotropie de leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques ; en particulier les tôles et plaques laminées ont des propriétés différentes en sens long, travers et épaisseur.

Seuls les procédés de frittage ou de solidification vitreuse donnent des produits métallurgiques chimiquement quasi homogènes (isotropie par compensation).