Étude des évolutions microstructurales lors de la transformation à chaud d'aciers ferritiques renforcés par dispersion d'oxydes PDF Download
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Book Description
L'élaboration des aciers ODS fait appel à une étape de consolidation par filage à chaud. Les propriétés très anisotropes de ces matériaux à l'état filé, notamment les nuances purement ferritiques (>12% Cr), nécessitent une meilleure compréhension des effets du procédé de filage sur la microstructure. Ainsi, ce travail de thèse a pour objectif principal d'étudier les évolutions de la microstructure lors de la transformation à chaud des aciers inoxydables ODS ferritiques, et plus globalement de comprendre le comportement de ces matériaux sous sollicitation mécanique à haute température. Pour cela, des essais de filage interrompus et des essais thermomécaniques de torsion et de compression à chaud (1000-1200°C) ont été réalisés sur plusieurs aciers ferritiques à 14% de Cr présentant différents taux de renfort en titane et en yttrium. Les microstructures obtenues après déformation ont été caractérisées par EBSD.L'ensemble des analyses microstructurales effectuées montre que la mise en forme à chaud des aciers ferritiques par filage s'accompagne d'une recristallisation dynamique de type continue. Après formation des sous-joints par restauration, leurs désorientations continuent à croître, et ceux-ci se transforment graduellement en joints de grains au cours de la déformation. La cinétique de ce mécanisme semble néanmoins fortement influencée par les caractéristiques de la précipitation présente dans le matériau ; la recristallisation devenant moins complète lorsque les précipités sont plus fins et plus nombreux. En plus du taux de renfort, l'étude de la déformation de ces nuances en torsion et en compression dans des conditions proches de celles observées en filage révèle également une forte influence de la température sur leur comportement. Les microstructures de déformation présentent une évolution d'autant plus importante que la température et/ou le taux de renfort sont limités. À 1000°C, les évolutions observées indiquent la présence de la recristallisation dynamique continue. En revanche, lorsque l'on augmente la température et/ou le taux de renfort, la déformation s'accompagne d'une évolution limitée de la microstructure, notamment en torsion où un endommagement sévère aux niveaux des joints de grains est observé. Dans ce cas, les résultats sont interprétés par un mécanisme d'accommodation de la déformation au voisinage des joints de grains. Les paramètres rhéologiques calculés à partir de ces essais mécaniques confirment la tendance à une faible activité plastique au sein des grains dans les nuances renforcées.
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L'élaboration des aciers ODS fait appel à une étape de consolidation par filage à chaud. Les propriétés très anisotropes de ces matériaux à l'état filé, notamment les nuances purement ferritiques (>12% Cr), nécessitent une meilleure compréhension des effets du procédé de filage sur la microstructure. Ainsi, ce travail de thèse a pour objectif principal d'étudier les évolutions de la microstructure lors de la transformation à chaud des aciers inoxydables ODS ferritiques, et plus globalement de comprendre le comportement de ces matériaux sous sollicitation mécanique à haute température. Pour cela, des essais de filage interrompus et des essais thermomécaniques de torsion et de compression à chaud (1000-1200°C) ont été réalisés sur plusieurs aciers ferritiques à 14% de Cr présentant différents taux de renfort en titane et en yttrium. Les microstructures obtenues après déformation ont été caractérisées par EBSD.L'ensemble des analyses microstructurales effectuées montre que la mise en forme à chaud des aciers ferritiques par filage s'accompagne d'une recristallisation dynamique de type continue. Après formation des sous-joints par restauration, leurs désorientations continuent à croître, et ceux-ci se transforment graduellement en joints de grains au cours de la déformation. La cinétique de ce mécanisme semble néanmoins fortement influencée par les caractéristiques de la précipitation présente dans le matériau ; la recristallisation devenant moins complète lorsque les précipités sont plus fins et plus nombreux. En plus du taux de renfort, l'étude de la déformation de ces nuances en torsion et en compression dans des conditions proches de celles observées en filage révèle également une forte influence de la température sur leur comportement. Les microstructures de déformation présentent une évolution d'autant plus importante que la température et/ou le taux de renfort sont limités. À 1000°C, les évolutions observées indiquent la présence de la recristallisation dynamique continue. En revanche, lorsque l'on augmente la température et/ou le taux de renfort, la déformation s'accompagne d'une évolution limitée de la microstructure, notamment en torsion où un endommagement sévère aux niveaux des joints de grains est observé. Dans ce cas, les résultats sont interprétés par un mécanisme d'accommodation de la déformation au voisinage des joints de grains. Les paramètres rhéologiques calculés à partir de ces essais mécaniques confirment la tendance à une faible activité plastique au sein des grains dans les nuances renforcées.
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Ce travail de thèse s'est focalisé sur l'étude des alliages Fe-14%Cr nanorenforcés par dispersion d'oxydes obtenus par broyage à haute énergie à partir de poudres pré-alliées de la matrice et d'Y2O3. L'objectif était double : (i) étudier la cinétique de précipitation, en particulier la phase de coalescence, des oxydes en fonction de la teneur en élément d'addition (Ti, Y, O) lors de traitements thermiques à haute température et postérieurs à l'étape de consolidation, et (ii) d'analyser les hétérogénéités de déformations élastiques et élastoplastiques dans ces aciers en fonction de l'avancement de la précipitation. La microstructure et la nanostructure ont été étudiées par microscopie électronique en transmission (MET) et diffusion de neutrons aux petits angles (DNPA). L'ensemble de ces techniques a permis de mettre en évidence des comportements différents selon les teneurs en éléments d'addition. En particulier, l'ajout de titane induit un ralentissement très net de la coalescence des particules contrairement aux ajouts d'oxygène et d'yttrium. Ces variations de teneurs initiales influent sur la forme, la structure cristallographique des particules, sur les relations d'orientations avec la matrice et en voie de conséquence, sur les cinétiques de précipitation. Par conséquent, assurer un rapport Ti /Y supérieur à 1 et limiter l'apport en oxygène sont des garants de la stabilité des nanoparticules à hautes températures dans les aciers ODS. Le phénomène de recristallisation a également été observé à haute température dans les matériaux dans lesquels la coalescence des oxydes est largement avancée. Afin de corréler l'évolution des microstructures avec celle des propriétés mécaniques, une modélisation macroscopique du durcissement a ensuite été réalisée, en distinguant les différentes contributions (nanoparticules, taille de grains et dislocations). Le durcissement calculé à partir des observations expérimentales est en très bon accord avec les valeurs mesurées. Ces calculs rendent bien compte des variations entre alliages et mettent en évidence l'influence prépondérante de la taille des particules sur la dureté des matériaux. Enfin une étude fine des hétérogénéités de déformation des grains en fonction de leur orientation cristallographique a été menée par diffraction de neutrons. Ces résultats ont été confrontés à un calcul micromécanique en champ moyen. Cette dernière partie a montré l'existence de comportements locaux différents dans des matériaux présentant des comportements macroscopiques similaires.
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Il existe actuellement une dynamique de développement d'aciers à très haute résistance, destinés à l'industrie automobile, et présentant des propriétés de formabilité améliorées. Ces travaux font partie d'un projet de recherche qui vise à produire des aciers à phase complexe (CP) par laminage à chaud, en recherchant une combinaison améliorée de résistance et d'aptitude à l'étirement des bordures. Ainsi, ces travaux ont porté sur la description et la compréhension des évolutions de la microstructure au cours des différentes étapes du laminage à chaud d'aciers microalliés à faible teneur en carbone. Dans un premier temps, l'évolution de l'état de précipitation et de la taille des grains austénitiques au cours du réchauffage des brames ont été étudiés. Un modèle de précipitation a été développé et couplé à un modèle de croissance de grain simple basé sur l'épinglage Zener pour décrire les évolutions de la microstructure qui se produisent pendant le réchauffage. Ensuite, les évolutions microstructurales prenant places après la déformation à chaud lors du laminage ont été analysées. Les cinétiques de recristallisation de l'austénite et de la précipitation induite par déformation ont été étudiées par des essais de relaxation de contraintes couplées à observations directes de la microstructure. Des modèles ont également été développés pour décrire ces évolutions microstructurales. Un dernier chapitre a été consacré à l'établissement des relations entre les paramètres de laminage à chaud, les microstructures et les propriétés mécaniques obtenues. Les transformations de phase au cours de refroidissements continus ont été établis, en prenant en compte l'effet de la déformation de l'austénite. Ensuite, six procédés différents de laminage à chaud différents ont été appliqués et les microstructures et propriétés mécaniques résultantes ont été caractérisées de manière détaillée. Ce travail de thèse a permis de mieux comprendre les évolutions de la microstructure se produisant lors du laminage à chaud, ainsi que les microstructures et les propriétés mécaniques qui en résultent. Les travaux de modélisation présentés pourraient s'étendre à l'étude d'autres alliages. Plusieurs stratégies visant à améliorer la combinaison de résistance et d'aptitude à l'étirement des bordures ont été proposées.
Author: Michael E. Kassner Publisher: Elsevier ISBN: 0080532144 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 289
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* Numerous line drawings with consistent format and units allow easy comparison of the behavior of a very wide range of materials * Transmission electron micrographs provide a direct insight in the basic microstructure of metals deforming at high temperatures * Extensive literature review of over 1000 references provide an excellent reference document, and a very balanced discussionUnderstanding the strength of materials at a range of temperatures is critically important to a huge number of researchers and practitioners from a wide range of fields and industry sectors including metallurgists, industrial designers, aerospace R&D personnel, and structural engineers. The most up-to date and comprehensive book in the field, Fundamentals of Creep in Metals and Alloys discusses the fundamentals of time-dependent plasticity or creep plasticity in metals, alloys and metallic compounds. This is the first book of its kind that provides broad coverage of a range of materials not just a sub-group such as metallic compounds, superalloys or crystals. As such it presents the most balanced view of creep for all materials scientists. The theory of all of these phenomena are extensively reviewed and analysed in view of an extensive bibliography that includes the most recent publications in the field. All sections of the book have undergone extensive peer review and therefore the reader can be sure they have access to the most up-to-date research, fully interrogated, from the world's leading investigators.· Numerous line drawings with consistent format and units allow easy comparison of the behavior of a very wide range of materials· Transmission electron micrographs provide a direct insight in the basic microstructure of metals deforming at high temperatures· Extensive literature review of over 1000 references provide an excellent reference document, and a very balanced discussion
Author: J. W. Martin Publisher: Cambridge University Press ISBN: 9780521226233 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 216
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This book was first published in 1980. A great number of metallic materials in practical use owe their strength to the presence in their microstructure of particles of a hard precipitated phase. The text emphasises the importance of scientific rather than empirical methods in attempting to develop particle-hardened alloys. The author progresses from an elementary knowledge of metallurgy to theories relating to the deformation and fracture of alloys of this type. He also discusses the use of such theories to describe observations on both model materials and practical metals. After a discussion of the microstructures of these alloys, how they form and how to describe them quantitatively, their deformation and fracture behaviour at both low and elevated temperatures are examined.
Author: Abdellatif Karch
Author: Abdellatif Karch
Author: Abdellatif Karch
Author: Sheng-Yi Zhong
Author: Alexis Graux
Author: Michael E. Kassner
Author: J. W. Martin