Etude de la relation entre la microstructure et les propriétés mécaniques d'un acier durci par précipitation intermétallique intense PDF Download
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L'amélioration des propriétés mécaniques dans les alliages du système Fer-Silicium-Titane grâce à l'introduction d'une précipitation nanométrique a été démontrée dans la littérature. La haute valeur de limite d'élasticité qui peut être atteinte dans ces aciers en fait de bons candidats pour des applications dans l'élaboration de structures automobiles. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif de caractériser et comprendre la séquence et la cinétique de précipitation dans ces alliages, ainsi que les relations entre microstructure de précipitation et propriétés mécaniques, dans une démarche de conception d'alliages optimisée. La démarche utilisée a tout d'abord consisté en une caractérisation multi-échelle de la précipitation par diffusion des neutrons aux petits angles, microscopie électronique en transmission et sonde atomique tomographique, qui a permis d'aboutir à une description précise de la structure, composition, taille et fraction volumique des précipités, qui ont ensuite été reproduites par modélisation. Dans un deuxième temps, les tests mécaniques réalisés à température ambiante ont révélé un fort potentiel durcissant, qui dépend du temps et de la température de vieillissement. Des modèles à base physique pour la limite d'élasticité et le taux d'écrouissage (tenant compte des contributions isotropes et cinématiques) ont été appliqués pour décrire les courbes de traction mesurées. Ceux-ci ont permis d'aboutir à une bonne compréhension des relations entre microstructures et propriétés dans le système Fe-Si-Ti.
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L'amélioration des propriétés mécaniques dans les alliages du système Fer-Silicium-Titane grâce à l'introduction d'une précipitation nanométrique a été démontrée dans la littérature. La haute valeur de limite d'élasticité qui peut être atteinte dans ces aciers en fait de bons candidats pour des applications dans l'élaboration de structures automobiles. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif de caractériser et comprendre la séquence et la cinétique de précipitation dans ces alliages, ainsi que les relations entre microstructure de précipitation et propriétés mécaniques, dans une démarche de conception d'alliages optimisée. La démarche utilisée a tout d'abord consisté en une caractérisation multi-échelle de la précipitation par diffusion des neutrons aux petits angles, microscopie électronique en transmission et sonde atomique tomographique, qui a permis d'aboutir à une description précise de la structure, composition, taille et fraction volumique des précipités, qui ont ensuite été reproduites par modélisation. Dans un deuxième temps, les tests mécaniques réalisés à température ambiante ont révélé un fort potentiel durcissant, qui dépend du temps et de la température de vieillissement. Des modèles à base physique pour la limite d'élasticité et le taux d'écrouissage (tenant compte des contributions isotropes et cinématiques) ont été appliqués pour décrire les courbes de traction mesurées. Ceux-ci ont permis d'aboutir à une bonne compréhension des relations entre microstructures et propriétés dans le système Fe-Si-Ti.
Author: Jean-Claude Van Duysen Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 216
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ETUDE DE L'EVOLUTION DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES AU COURS D'UN VIEILLISSEMENT DE LONGUE DUREE ENTRE 400 ET 625 C ET DU COMPORTEMENT EN FLUAGE A 500 ET 550 C. CES PHENOMENES SONT ESSENTIELLEMENT REGIS PAR LA PRECIPITATION D'UNE PHASE RICHE EN FE, CR, MO ET PAR L'APPAUVRISSEMENT EN MOLYBDENE DE LA SOLUTION SOLIDE QUI RESULTE DE CETTE PRECIPITATION. CETTE PHASE DONT LA STRUCTURE PRESENTE UNE SYMETRIE DE ROTATION D'ORDRE 5 N'EST IDENTIQUE A AUCUNE PHASE CONNUE
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L'acier maraging inoxydable MLX19 (Fe-Ni-Cr-Al-Ti-Mo) est une nuance candidate pour des applications trains d'atterrissage. L'étude de cette nuance fait l'objet de ce travail de thèse, qui s'est déroulé dans le cadre d'un partenariat entre Aubert & Duval, qui élabore cet acier, et Safran Landing Systems, leader mondial des fonctions d'atterrissage et de freinage pour aéronefs. Pour l'application trains d'atterrissage, l'industrie aéronautique recherche des aciers à Très Haute Résistance, tenaces, et résistants à la corrosion sous contrainte. Le caractère inoxydable de cet acier ainsi que sa forte teneur en éléments d'alliage, combinée à une très faible teneur en carbone, conduisent à un durcissement au revenu par deux phases intermétalliques nanométriques lui offrant ainsi les caractéristiques mécaniques requises pour cette application critique. La gamme de traitement thermique du MLX19 nécessite néanmoins d'être contrôlée avec précision pour maîtriser et stabiliser la microstructure à différentes échelles responsable du compromis de propriétés mécaniques finales Rm-KIC. Ces travaux de thèse montrent que l'austénitisation est une étape décisive dans le contrôle de cette microstructure. La relation entre les paramètres d'austénitisation (vitesse de chauffage, température et temps de maintien), l'homogénéisation chimique de l'austénite lors du chauffage ainsi que la microstructure obtenue au cours du traitement et après la trempe a ainsi été précisément étudiée et quantifiée. Des méthodes expérimentales complémentaires, avec notamment l'utilisation de grands instruments, ont été mises en œuvre pour l'étude de la microstructure et de la composition chimique du matériau : dilatométrie, diffraction des rayons X synchrotron (HEXRD) combinée à de la dilatométrie pendant le cycle thermique, diffraction des rayons X conventionnelle (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique en transmission (MET et STEM) et diffusion de neutrons aux petits angles (DNPA). Le suivi in situ des transformations de phase permet notamment de mettre en évidence la présence à haute température (> 880°C) de la phase intermétallique beta-NiAl, modifiant sensiblement la température de fin de transformation austénitique et limitant par conséquent l'homogénéisation chimique de l'austénite lors d'un maintien standard à 850°C. L'hétérogénéité chimique locale de l'austénite joue notamment un rôle sur les taux d'austénite résiduelle obtenus après la trempe. Par ailleurs, la présence de précipitation intermétallique beta-NiAl non-dissoute modifie la composition chimique globale de la matrice austénitique avant la trempe et a une influence directe sur la température de transformation martensitique au refroidissement, mais également sur le potentiel de précipitation intermétallique nanométrique au revenu. Parallèlement, les propriétés mécaniques de traction et de ténacité ont été déterminées pour quelques conditions d'austénitisation pertinentes, afin de s'attacher à établir des liens entre ces caractéristiques mécaniques et l'évolution microstructurale observée. Les différents résultats obtenus ont finalement conduit à proposer un traitement d'austénitisation alternatif susceptible de stabiliser le compromis de propriétés mécaniques finales.
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Les aciers bas carbone micro-alliés constituent aujourd'hui une classe de matériaux métalliques à forte potentialité en raison de la simplicité de leur procédé d'élaboration et de leurs caractéristiques mécaniques intéressantes. Notamment, ces aciers possèdent des résistances mécaniques élevées couplées à une bonne résilience et à une basse température de transition ductile/fragile. Notre étude a consisté en une caractérisation présentant deux volets : - le volet microstructural abordé par les moyens des microscopies optique, à balayage et transmission et les moyens micro-analytiques ; -le volet mécanique à partir d'essais conventionnels (essai de traction, essai Charpy, essai BDWTT, nanodureté). La finalité du travail était d'appréhender la corrélation entre les états microstructuraux complexes du type « bainitique » avec les caractéristiques mécaniques. La mixité de la variante bainitique bill avec une martensite revenue, assure le meilleur compromis entre les exigences imposées par les conditions en service. Cependant, ce compromis n'est accessible qu'avec l'apport des espèces micro-alliées qui, initiant une précipitation sous forme de carbonitrures, contribuent à affiner les grains de l'acier, condition indispensable à l'obtention de bonnes propriétés.
Author: Pierre Michaud Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 156
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Les aciers martensitiques revenus à 5% de chrome, principalement utilisés pour les outillages de forge et de fonderie sous pression présentent des durées de vie limitées en raison de sollicitations thermomécaniques sévères en service. La tenue en service à haute température de ces aciers est directement liée à la stabilité des carbures alliés qui se forment au-delà de 450°C au cours du revenu. Des éléments carburigènes (W, Mo, V, Nb) ou influençant la précipitation (Co, Ni) ont été ajoutés pour modifier la nature chimique de la précipitation d'un acier de référence à 5% de chrome. La caractérisation des carbures formés au cours du traitement thermique a été effectuée à l'aide de techniques telles que : la Diffraction de rayons X, la microscopie électronique à balayage ainsi qu'en transmission. Pour accéder à la distribution en taille, à la fraction volumique ainsi qu'à la nature chimique des précipités secondaires de taille nanométrique, responsables des propriétés mécaniques à chaud, des analyses en Diffusion de Neutrons au Petits Angles (DNPA) ont été réalisées. Une modification significative de la fraction volumique et de la chimie de la précipitation nanométrique n'est observée que pour l'ajout de Mo, V, ou Ni. L'étude des propriétés mécaniques menées en parallèles a montré que la fraction volumique de petits précipités (VC, Fe3Mo3C) agit directement sur la résistance mécanique à chaud mais conduit à une dégradation de la résilience. De plus, au-delà d'une fraction volumique seuil, une saturation de la limite d'élasticité est observée. Deux mécanismes mettant en jeu le mode de franchissement des précipités par les dislocations issues de la trempe sont proposés pour expliquer cette saturation. A la lumière des résultats expérimentaux, des voies pour l'amélioration des nuances d'aciers pour outillages de fonderie sont données.
Author: Philippe Gomiero Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 134
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST DE CORRELER L'EVOLUTION DE LA MICROSTRUCTURE A L'EVOLUTION DES PROPRIETES MECANIQUES D'UN ALLIAGE AL-LI-CU-MG (ZR), TYPE 2091, A L'ETAT SOUS REVENU, EN LES COMPARANT AUX ALLIAGES MODELES AL LI ET AL CU MG. UNE ETUDE FINE DE LA MICROSTRUCTURE DE L'ALLIAGE A ETE EFFECTUEE PAR MICROANALYSE X, DIFFUSION CENTRALE EN RAYON X, MICROCALORIMETRIE ET MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION. ELLE A MIS EN EVIDENCE: I) UNE PHASE GROSSIERE R EN QUANTITE NON NEGLIGEABLE, QUI DIMINUE LA TENEUR EN SOLUTES PAR RAPPORT A LA COMPOSITION INITIALE; II) UNE PHASE AL#3LI SPHERIQUE DE STRUCTURE L1#2, ET DES ZONES GPB (PLAQUETTES RICHES EN CUIVRE ET MAGNESIUM); III) DES LATTES S SEMI-COHERENTES SUR UNE STRUCTURE DENSE ET ORIENTEE DE DEFAUTS DE TREMPE. A PARTIR DE L'ETUDE DE L'EVOLUTION DE LA MICROSTRUCTURE LE DURCISSEMENT STRUCTURAL MESURE A PU ETRE CORRECTEMENT INTERPRETE A PARTIR DE MODELES EXISTANTS, EN TENANT COMPTE ENTRE AUTRES D'UN EFFET D'ORDRE POUR LA PRECIPITATION AL#3LI ET D'UN EFFET DE MODULE POUR LES ZONES GPB. LE DURCISSEMENT D'ECROUISSAGE EST DECRIT PAR LE MODELE D'ASHBY, EN TENANT COMPTE DE LA LOCALISATION DE LA DEFORMATION. L'EVOLUTION DES CARACTERISTIQUES DE L'EFFET PORTEVIN LE CHATELIER EN FONCTION DU REVENU EST INVOQUEE POUR RENDRE COMPTE DE LA CHUTE DE TENACITE, EN TERMES DE DISSIPATION PLASTIQUE EN TETE DE FISSURE
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La microstructure des aciers et des fontes est une monographie sur la genèse et l'interprétation de la microstructure des aciers et des alliages à base fer. Ses 400 pages sont illustrées par de nombreuses micrographies d'alliages commerciaux ou d'alliages modèles à toutes les échelles disponibles avec les moyens d'investigation modernes de microscopie électronique, sans oublier la macro/microscopie optique. La première partie du livre est une introduction historique sur l'évolution des structures métallurgiques forgées manuellement depuis la connaissance du fer, en particulier les fameuses structures dites damassées. Le livre expose en deuxième partie les notions fondamentales de façon à fournir toutes les bases de raisonnement nécessaires sur les équilibres de phases et la cinétique des transformations. Concernant les équilibres de phases, de nombreux diagrammes sont inclus dans leur version la plus récente. La lecture des systèmes ternaires est analysée à propos de six systèmes représentatifs des réactions rencontrées dans les aciers, Fe-Cr-C, Fe-Ni-Cr, Fe-Mn-S, Fe-Co-Cu, Fe-Mo-Cr et Fe-C-V. Les structures de solidification sont étudiées à travers tous les cas classiques mais aussi dans d'autres moins banals comme les marquages des réactions péritectique ou métatectique ou des cascades de transformations. Les transformations en phase solide sont illustrées et commentées à l'aide des interprétations récentes, en particulier dans le cas des structures bainitiques. De nombreuses références permettent d'approfondir les aspects non développés. La troisième partie est un guide pour comprendre et discuter sur des bases scientifiques le rôle des éléments d'alliage et celui des divers traitements spécifiques aboutissant à l'optimisation des aciers et des fontes, définir les caractéristiques micrographiques en relation avec les propriétés d'emploi. Les aciers sont classés en familles depuis les aciers très peu alliés jusqu'à des aciers à fortes teneurs en éléments d'alliage résultant d'un ajustement de composition très pointue. Les fontes sont présentées naturellement en fonction de leur microstructure, classées en fontes blanches, grises lamellaires et nodulaires.
Author: Charline Le Nué Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
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L'acier maraging inoxydable MLX17, développé et élaboré par Aubert & Duval, est une nuance candidate pour des applications dans le domaine de l'aéronautique. Cette nuance possède un fort potentiel en termes de résistance mécanique qui dépasse celle des autres nuances inoxydables. Cependant, elle s'avère sensible à la vitesse de refroidissement après revenu, qui influence directement la ténacité. La recherche des origines scientifiques de la dégradation de la ténacité lorsque la vitesse de refroidissement après revenu diminue (refroidissement à l'air par rapport à un refroidissement à l'eau) constitue l'objectif majeur de cette thèse. Un suivi des modifications microstructurales de la nuance, selon différentes conditions de revenu a été réalisé. Une démarche intégrant différentes échelles d'observation (de l'échelle macroscopique jusqu'à l'échelle atomique) s'est imposée au vu de la complexité de la microstructure. Parallèlement, l'étude des propriétés mécaniques en traction et en résistance à la propagation brutale de fissure a été menée afin de s'attacher en permanence à corréler le comportement mécanique à l'évolution microstructurale observée pour les différentes conditions de revenu. Les analyses par dilatométrie et par sonde atomique tomographique ont permis de mettre en évidence la formation d'un complément de précipitation, à l'origine de la dégradation de la ténacité. Pour permettre une meilleure maîtrise du complément de précipitation et le rendre moins fragilisant, une modification des conditions de revenu a été proposée. Cette alternative a permis d'obtenir une amélioration du compromis résistance/ténacité.
Author: Malika Perrier
Author: Malika Perrier
Author: Jean-Claude Van Duysen
Author: Stella Ancey-Rocchi
Author: Olena Danylova
Author: Pierre Michaud
Author: Philippe Gomiero
Author: Fu'an Guo
Author: Madeleine Durand-Charre
Author: Charline Le Nué
Author: Réal Bouchard