1. MAGNÉTISME ET PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES
Magnétisme de l'acier
Le ferromagnétisme est le mécanisme par lequel les matériaux sont attirés par les aimants et forment des aimants permanents.
Pour expliquer ce mécanisme il faut partir de l'atome de fer (Fe) qui possède un noyau composé de 26 protons et d'une trentaine de neutrons autour desquels gravitent 26 électrons.
Ces 26 électrons sont répartis autour du noyau sur des orbites particulières caractérisées par des niveaux d'énergie distincts.
Ces 26 électrons sont répartis autour du noyau sur des orbites particulières caractérisées par des niveaux d'énergie distincts.
Considérons :
• 7 niveaux d'énergie (1-2-3-4-5-6-7) (Le premier est le plus proche du noyau)
• 4 types d'orbitales (spdf)
Chaque orbitale peut contenir au maximum 2 électrons et la configuration électronique nous indique comment ils sont disposés dans les différentes orbitales.
Avec la règle diagonale vous pouvez voir l'ordre de remplissage des différents niveaux d'énergie :
En rappelant que :
• Dans l'orbite s peut être placé au maximum 2 électrons
• Dans l'orbite p peut être placé au maximum 6 électrons
• Dans l'orbite d peut être placé au maximum 10 électrons
• Dans l'orbite f peut être placé au maximum 14 électrons
On peut écrire la configuration électronique du fer en positionnant nos 26 électrons dans les différentes orbitales suivant (plus ou moins...) la règle diagonale :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
En règle générale, l'orbitale est indiquée par un quadrant dans lequel le nombre d'électrons présents est indiqué par des flèches :
• 2 flèches = doublet électronique -> orbitale complète
• 1 flèche = électron découplé
• 0 flèches = pas d'électrons
L’électron est considéré comme étant en mouvement continu autour du noyau, et comme il s’agit d’une charge négative, il générera un champ magnétique autour de son orbite.
Ce champ magnétique est généré par deux mouvements :
• mouvement de l'électron sur son orbite (impulsion orbitale)
• le mouvement de rotation de l'électron sur lui-même (moment de spin), considéré comme plus important.
Lorsqu’une orbitale est complète, les deux électrons qui la composent sont de spin opposé, et s’annulent donc.
Cependant, lorsqu'une orbitale est incomplète, c'est-à-dire contient un électron découplé, son moment de spin ne sera pas annulé par l'électron jumeau, et l'électron présentera un moment magnétique représenté par la somme algébrique de son moment de spin et du moment orbital.
Revenons à la configuration électronique du fer : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
L'orbitale d, qui pourrait contenir 10 électrons, en contient 6, il y a donc 4 électrons découplés ce qui explique le comportement ferromagnétique du fer à l'échelle microscopique.
REPRÉSENTATION GRAPHIQUE DE LA CONFIGURATION ÉLECTRONIQUE DU FER
Pour expliquer les phénomènes magnétiques à l'échelle macroscopique, nous parlons d'un champ magnétique élémentaire qui doit être compris comme une région délimitée de la substance avec des moments magnétiques uniformément alignés (c'est-à-dire avec des spins uniformément alignés). Ces champs magnétiques élémentaires, en l'absence de champ magnétique extérieur, sont répartis de manière aléatoire de sorte qu'ils s'annulent. Cependant, lorsqu'un champ externe (par exemple un aimant) agit, les moments magnétiques s'orientent tous dans la même direction, acquérant ainsi également la caractéristique de tous les corps magnétiques, c'est-à-dire la polarité.
HACHES EN CRISTAL
ÉTAT NON MAGNÉTIQUE (champs élémentaires orientés aléatoirement)
MAGNÉTISATION (champs élémentaires orientés dans le même sens)
2. CARACTÉRISTIQUES MAGNÉTIQUES DE L'ACIER INOXYDABLE
Il existe trois macrotypes d'aciers inoxydables qui ont des structures de réseau et des comportements magnétiques différents :
• Ferritiques (par exemple AISI 430) qui ont une structure Body Centered Cubic (CCC) et sont magnétiques
• Austénitiques (par exemple AISI 304 – AISI 316) qui ont une structure cubique à faces centrées (CFC) et ne sont pas magnétiques
• Martensitiques (par exemple AISI 420) qui ont une structure Body Centered Cubic (CCC) et sont magnétiques
Le type d'acier inoxydable le plus courant, le type 304, contient du fer, du chrome et du nickel (chacun magnétique à part entière) mais est non magnétique car dans la structure à face centrée (CFC), les électrons ont du mal à aligner leur rotation dans une direction. seul.
Cependant, le type 304 peut devenir partiellement magnétique puisque l'écrouissage qui se produit pendant la phase de moulage génère des structures pseudomartensitiques centrées sur le corps (CCC) qui sont magnétiques et le moule lui-même peut contaminer la pièce en fixant des résidus ferromagnétiques. Cet effet, s'il n'est pas souhaité, peut être limité en optant pour des matériaux inoxydables plus nobles tels que l'A4 et l'A4 à faible teneur en carbone.