Thèse Evolution de la Précipitation au Cours du Revenu d'Un Acier pour Gros Composants Forgés H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Cette étude vise à étudier de façon systématique la nature, la composition chimique, la morphologie et la localisation des carbures dans un acier de type 16-20MND5 pour différentes conditions de revenu comprenant un chauffage lent représentatif des conditions industrielles. Une attention particulière sera portée à l'effet de la composition chimique et de la nature de la matrice sur l'état de précipitation local.
L'objectif final de la thèse est de mieux comprendre les mécanismes de formation des carbures secondaires, en particulier des carbures M23C6, afin d'identifier des conditions de revenu permettant de limiter leur formation et d'améliorer les propriétés mécaniques des composants forgés.
La méthodologie suivie dans l'étude se base sur des travaux similaires effectués sur l'acier 2.25Cr-1Mo [7]. Les caractérisations seront menées sur deux microstructures brutes de trempe distinctes.
Dans un premier temps, le matériau de réception sera austénitisé puis refroidi à des vitesses contrôlées, permettant de simuler le refroidissement industriel d'un gros composant. Différents traitements thermiques de revenu seront effectués sur ces échantillons trempés-austénitisés, en prenant en compte un chauffage lent caractéristique de l'application industrielle.
Les microstructures brutes de trempe et revenues seront ensuite caractérisées par observations en microscopie optique et à balayage, par des analyses en diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD) et en diffraction des rayons X (DRX) et par des cartographies de dureté. Ces dernières permettront de localiser les zones enrichies ou appauvries en éléments d'alliage selon le protocole développé dans une étude précédente [4]. Des analyses complémentaires et ponctuelles par microsonde de Castaing permettront d'estimer la composition de ces zones.
L'étude de la précipitation se fera de deux manières. Dans un premier temps, des observations au microscope électronique en transmission (MET) de répliques extractives au carbone, permettant d'isoler les précipités de la matrice, seront conduites. Ces caractérisations permettront de remonter à la nature, à la composition chimique, à la taille et à la localisation des carbures dans le matériau. Les observations sur répliques seront ponctuellement complétées par des caractérisations sur lames minces, permettant de relier l'état de précipitation à la nature et à la composition locale de la matrice. La grande majorité des carbures étant de la cémentite, il conviendra en amont de déterminer un protocole permettant de localiser les carbures d'intérêt sur la réplique ou la lame mince. Dans un second temps, des essais de dissolution sélective, permettant d'isoler les carbures pour analyses par DRX, seront conduits sur des éprouvettes massives. Ces analyses permettront de déterminer la fraction de phase de chaque carbure pour un traitement thermique donné.
L'utilisation systématique de ce protocole permettra de remonter à l'évolution de l'état de précipitation dans ces matériaux au cours du revenu.