Widmanstätten

Je crois tout simplement que c'est parceque ces 2 alliages sont differents, leur composition chimique les rend incompatibles (comme certains marriages!) Wink

C'est bien cela, mais à haute température, ils l'étaient.

Good morning Roger. Et merci.

Donc a haute temperature, ils sont compatibles, mais quand les relations se refroidissent ils ne le sont plus.

Bon, je n'en dis pas plus! Razz

J'ai suivi de loin ces explications très intéressantes, et j'ai bien compris le coup de l'intensité de la relation en fonction de la température expliqué par Anne.... Wink

Pour le reste, je vais relire tranquillement mais je relève, une fois encore, la qualité et la facilité de lecture des explications techniques de Roger Warin.
hello

C'est gentil Super Pierrot,
N'hésitez pas à poser des questions, et si je ne sais pas répondre, je chercherai à le faire.
Je signalerai à Anne que le processus est réversible. Si on réchauffe le couple kamacite-taenite, il redevient compatible, à chaque coup.
Fine Lame.

Ma question n'a sans doute pas été suffisamment claire : c'est bien, des alliages différents, mais pourquoi, dans une masse de matière comportant du fer et du nickel avec une concentration globale de chacun, se forme-t-il deux alliages précis ? A haute température, ils existent mais sont compatibles, ou bien ils ne n'existent pas en tant que tels ? Et quand ça refroidit, est-ce un continuum de concentrations avec un seuil précis qui sépare les deux, OU y a-t-il deux "pôles" et rien entre les deux ?

Tant que je crois comprendre c'est comme si quand la température baisse les atomes de fer et nickel se rangent de la façon la plus ordonnée possible et qui correspond à l'énergie la plus basse possible.
C'est comme à l'armée: Si l'on sonne à la formature et on donne suffisament de temps les rangs se rangent bien. S'il y a une limite de temps trop court les soldats n'ont pas assez de temps pour trouver la bonne place.

Regardez le diagramme de phases de la kamacite et de tanaenite
https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AMeteoric_iron_phase_diagram_taenite_kamacite.svg
Widmanstätten - Page 2 Meteoric_iron_phase_diagram_taenite_kamacite

Widmanstätten - Page 2 Meteoric_iron_phase_diagram_taenite_kamacite

Et ici (en anglais) une explication:
(Que je n'ai pas la présomption de complétement saisir) Smile

http://www.uwgb.edu/dutchs/petrology/Kamacite-TaeniteStruct.HTM
Mais l'idée génerale est que les atomes se rangent en refroidissant de la façon la plus économe en énergie tant qu'ils peuvent encore bouger. Cela correspond à former des rangs de fer presque pur en lamelles, soit kamacite.
Et cela arrive parce qu'il y a une petite différence de taille entre les atome de fer et ceux de nickel.
"As the temperature drops, kamacite begins to exsolve, expelling nickel into the taenite and forming thin lamellae of almost pure iron."
Cela enrichit en nickel le mélange qui reste encore en état liquide et ou les atomes peuvent encore bouger.
Donc le résultat dépend de plusieurs facteurs. Temps, température et composition de l'alliage étant les principaux.
(Priére de me corriger si je dis bêtise!)

Saludos

Sanscelerien

Edit 1

J'ajjoute une image qui aide à mieux visualizer

Widmanstätten - Page 2 FeNi-annot

Super, mais ça ne me permet pas (avec ma compréhension limitée) de déterminer si cette suite taenite - kamacite au sein d'une masse est distribuée en continuum (avec un point critique délimitant taenite et kamacite) où en pôles (avec deux concentrations différentes privilégiées).

À mon humble avis cela dépendra surtout du taux de refroidissement.
Si ce refroidissement est plus lent plus d'atomes de nickel auront le temps de migrer vers la taenite, la situation plus stable étant théoriquement celle ou le fer aurait totalement segregé les atomes de nickel. Dans la pratique il y a des contraintes, spaciales par exemple, parce que les lamelles de kamacite font obstacle à la diffusion du nickel, ou mieux, c'est la taenite enrichie de nickel qui reste attrapée dans un labyrinthe de lamelles déjá solidifiées de kamacite.
Donc, et pour répondre à la question de Serge, sauf meilleure oppinion je dirais qu'il y a un continuum.
C'est comme si tu avais des balles de pingpong de deux tailles différentes. La maniére le les ranger dans moins d'espace serait de les avoir séparés. Dans la pratique ce n'est pas faisable parce qu'il ny a pas assez d'espace libre pour faire le triage.

Bonsoir,
Je rentre d'un anniversaire de mariage... et pour qu'il y ait un continuum dans mes idées, je vais repartir d'une page blanche.
J'ai demandé à Zelimir de me passer qq exemplaires d'irons pour les photographier au microscope. Cela prendra donc un peu de temps pour voir les photos.
A bientôt...
Fine Lame.

J'ajoute une question:

Puisque le taux de refroidissement est un element important dans cette separation Taenite/kamacite, est ce que cela voudrait dire que plus le refroidissement est lent plus les lamelles de taenite et kamacite sont large? Donc les octahedrites Coarse se sont refroidies plus lentement que les Plessitic? Donc formees plus tot?

Ou plus longtemps ?

Par simple interprétation de la figure ci-dessus et reproduite en dessous on constate que tandis que les hexahedrites ont un parcours de refroidissement qui ne passe que briévement par la plage de taenite+kamacite, les octahedrites font un parcours plus long dans cette "plage" de phase.
Donc, sans le savoir je dirais que la taille des bandes de kamacite c'est non seulement en fonction du refroidissement plus lent mais aussi de la teneur de nickel. Plus de nickel -> plus à droite -> moindre parcours de refroidissement dans la plage ou se forment les bandes de kamacite-taenite. Dans le cas extrême des ataxites du à l'haute teneur en nickel le parcours de refroidissement se fait presque entiérement dans la plage de phase de la teanite, et donc pas de bandes.
Les plessites, désolé mais je n'ai pas eu l'occasion de chercher leur origine.

Widmanstätten - Page 2 FeNi-annot

Edit:

Aprés relecture de quelques sources je me rends compte que j'ai dit une bourde en faisant reférence à la diférence de taille des atomes de fer et de nickel qui ne serait donc déterminante dans ce cas.

Pour montrer encore plus clairement les limites ou les octahedrites se forment

Widmanstätten - Page 2 Meteoric_iron_phase_diagram_taenite_kamacite_octaehedrite

Widmanstätten - Page 2 Meteoric_iron_phase_diagram_taenite_kamacite_octaehedrite

Bonjour,

Au sujet de notre discussion sur les figures de Thomson-Widmanstätten dans les fers, je souligne que nous ne sommes (virtuellement) pas dans le même monde que sur Terre. Ils n’ont pas été forgés dans une forge de village.

Nous sommes dans l’espace. Dans un espace-temps de dizaines de millions d’années ou plus, puisque la vitesse de refroidissement est de l’ordre de 10 à 100°C par million d’années. Oubliez les expériences de physique. Il faut quasi aussi oublier la chimie, la chimie classique en tous cas. La physicochimie des alliages est complexe. La notion de molécules n’est plus la même. Ainsi l’Atomium de Bruxelles ne représente pas une molécule de fer, mais bien la maille élémentaire du fer-alpha (une phase précise du fer) ou unit cell pour Anne. Les liaisons chimiques sont aussi différentes dans un métal (songez à sa conductivité). En explorant le Net, vous trouverez des explications. L’Atomium est tout simplement l’assemblage minimum (le plan de l’architecte, le motif) des atomes de fer qui se répète dans les 3 dimensions.

Quand un métal pur fondu se refroidit, la 1^ère phase qui cristallise est la phase (solide) la plus stable à cette température (rappelée par le diagramme d’état ou de phase qui ne donne que cela), pour autant que l’équilibre puisse être atteint (lenteur du processus, éviter les surfusions, etc.). Quand des impuretés métalliques sont présentes comme c’est le cas pour le métal issu de l’accrétion primordiale, la 1^ère phase cristalline qui croît est la kamacite. Elle est très riche en fer, mais elle contient cependant une petite quantité de Ni. C’est un alliage (Fe,Ni).

Je rappelle les compositions des partenaires :

Compositions :

Kamacite : (Fe,Ni) avec des proportions variant de 90 : 10 à 95 : 5.

Taénite : (Fe,Ni), alliages de 20 à 65 % de Ni + les impuretés sidérophiles venant de la nucléosynthèse au sens large, comme l’or et Cu, Ga, As, W, Re, Ir...

Le cobalt, plus proche chimiquement du fer, l’accompagne dans la kamacite.

Deux notions de nomenclature se superposent et induisent peut-être une confusion. Cette 2^e appellation désigne en particulier les hexaédrites, les octaédrites et les ataxites. Ces 3 noms désignent des proportions du métal en l’un de ses alliages kamacite et taénite.

Comme la notion de molécule n’existe pas formellement dans un alliage, on donne des pourcentages tolérés par le partenaire. Ce sont des domaines de compatibilité de l’un et de l’autre. Ces domaines peuvent être étroits ou au contraire larges. Mais la texture de la matière sera différente. Ce sont les proportions des divers éléments qui vont définir le matériau résultant.

Si le domaine étroit de la kamacite n’avait pas existé, le phénomène dont nous parlons n’aurait pas eu lieu. On aurait un mélange aléatoire de micro-grains.

Quand la kamacite se forme à partir d’un alliage fondu dont le pourcentage de Ni est supérieur à celui toléré par les divers domaines de la kamacite, l’excès de Ni n’entre pas dans le cristal. Le cristal s’appauvrit donc en Ni par rapport à la phase fondue initiale. Le résidu fondu s’enrichit ainsi en Ni. Mais parallèlement, celui-ci s’appauvrit en fer qui fut inséré dans le cristal de kamacite. Donc à un instant donné, à l’état infiniment petit du cristal, l’environnement se modifie.

En répétant cette cristallisation infinitésimale, on obtient un cristal plus important, mais il subsiste encore du fondu.

La taénite ne doit pas être considérée dans l’exemple dont nous discutons comme un alliage pur mais comme le résidu complexe constitué de phases plus riches en Ni et en impuretés non intégrées dans le cristal cible.

On peut à ce stade considérer qu’on a formé la 1^ère couche de kamacite, visible en section corrodée sous la forme de bandes plus ou moins larges. C’est bien sûr une vue de l’esprit, le même phénomène se reproduisant dans la masse du métal fondu (bulk).

Un 1^er jet de kamacite cristalline relativement pauvre en Ni et entourée d’un dépôt granuleux de taénite résiduaire, constitue ainsi le 1^er stade. Un peu plus loin dans la masse non encore suffisamment refroidie, au niveau local dans le mélange fondu, on se retrouve dans la situation initiale sans aucun gradient de concentration. La baisse lente mais continue de la température (je ne cite pas les effets thermodynamiques concomitants) conduit à un nouveau dépôt d’atomes de fer sur le cristal, c’est-à-dire sur le même réseau cristallin squelettique. Un 2^e cycle reprend : dépôt de kamacite, perte de Ni, enrichissement du résidu formant ainsi de la taénite. Comme le dépôt d’atomes se fait très lentement, la kamacite a le temps de choisir ses sites les plus stables dans ce milieu, ce sont les points du réseau cristallin de kamacite perçant le dépôt granuleux de taénite. C’est ici que réside toute la magie du processus : plus l’édifice se construit lentement, plus il est stable d’un point de vue thermodynamique.

Les concentrations en Ni de la taénite sont très variables, car elles dépendent de la composition initiale de la météorite de fer. Ces variantes ne sont pas favorables à l’édification d’un réseau propre pour la taénite (qui peut exister à l’état pur sur Terre, c’est-à-dire dans un domaine de concentration plus étroit, puisque le métallurgiste contrôle les quantités de Ni), mais elles donnent plutôt un mélange finement grenu (microcristaux). L’épaisseur des zones dépend du taux de refroidissement (par exemple pour atteindre un premier équilibre) et des compositions initiales des Irons.

De tels phénomènes d’édification d’un cristal squelettique, ayant dû conserver ses impuretés dans les espaces interplanaires, sont vraiment inhabituels et ne peuvent qu’être apparus que dans l’espace, en milieu réducteur et sur des millions d’années. Ces migrations d’atomes sont très lentes et pour former des édifices pluricentimétriques, il faut un temps incroyablement long. Ce qu’on ne peut pas par définition réaliser sur Terre, en laboratoire.

Je considère ce qui précède comme une caricature de la réalité, car d’autres phénomènes se produisent parallèlement, comme des migrations d’atomes à l’état solide, sans passer par le fondu. Ces quelques mots ne s’appuient pas sur des textes précis de la littérature. Je n’ai pas de références. Le lecteur sera donc prudent en lisant cette description qui me sied bien, mais que je n’ai jamais vue écrite dans la littérature. Le forum reste avant tout un lieu de discussions.

En résumé je vois une octaédrite typique comme constituée de cristaux squelettiques centimétriques ou décimétriques de kamacite dont les espaces planaires (111) intercristallins (les bandes, en section) sont remplis de la phase résiduaire, riche en impuretés diverses et enrichies en Ni plus ou moins fortement. Cette 2^e phase complexe est appelée taénite, mais ses domaines de compatibilité sont très larges. Comme les compositions de la taénite varient beaucoup trop, on ne peut pas parler d’épitaxie. Il existe d’autres phases possibles, comme les plessites (du grec πλήθος, pléthos) multitude), qui dépendent des proportions initiales des divers atomes. D’autres phases existent comme la térataénite.

Interviennent aussi dans ces cristallisations d’autres éléments (sidérophiles à haute température) comme les sulfures (troilite) et phosphures (schreibersite) qui occuperont des volumes différents qu’ils se créent, formant des inclusions et aussi des enveloppes (rims) séparant les diverses phases. Ces deux dernières espèces (Soufre et Phosphore) ne sont plus compatibles avec les alliages de fer aux plus faibles températures (mais bien aux H.T.). Signalons que l’existence de phosphures ne peut apparaître qu’en milieu réducteur, l’espace en l’occurrence.

Remarque : chaque fois qu’il y aura des écailles métalliques dans une météorite, les mêmes considérations s’appliquent, ainsi la présence de plessite dans les chondrites, achondrites, mésosidérites...

Voilà comment je perçois le phénomène. Cette vision est personnelle et s’appuie sur ma formation de chimiste. Ce n’est donc pas une « écriture d’évangile ».

Fine Lame.

Superbe.

Mais donc si je comprends bien, puisqu'il y a migration de fer et de nickel dans les deux sens d'un alliage vers l'autre, taenite et kamacite se regroupent bel et bien avec chacune une proportionnalité privilégiée de fer et de nickel. Merci !

Oui et non, Serge si vous ajoutez dans la phrase, une seule phase "à l'état fondu", avec des proportions encore quelconques, avant la cristallisation.

Compris, cette fois c'est nettement plus clair 20/20

Bonjour,

J'ai justement un peu travaillé sur le sujet lorsque j'étais étudiant ... je n'ai pas trop le temps en ce moment de lire tout ce qui à été posté et y apporter mes commentaires, mais Roger à déjà presque tout dit !

Pour les différentes techniques de traitement de surface (différente formulation), j'ai quelques documents .pdf sur le sujet, je peu les envoyer à qui veut si vous me donner votre mail par MP ...

Ce qu'il existe sur le sujet en ligne :

http://www.metallographic.com/Etchants/Etchants.htm

http://adsabs.harvard.edu/full/1951PA.....59..322B

https://books.google.fr/books?id=mBgdwp3WAB4C&pg=PA183&lpg=PA183&dq=Picric+acid+Etching+Widmanstatten&source=bl&ots=Ixv4Fv6fTv&sig=QsV58NQq15IB7FlcJW2NVFlHK3U&hl=fr&sa=X&ved=0ahUKEwixuN2IrNzOAhUF1xoKHfIcDYAQ6AEILzAC#v=onepage&q=Picric%20acid%20Etching%20Widmanstatten&f=false

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