Formation des microstructures et des microtextures lors de traitements thermiques avec chauffage par induction d'un acier à hautes performances

Mots clés

microstructure, microtexture, acier à haute performance, transformation de phase, EBSD, DRX synchrotron

Détail de l'offre

La trempe de contour par induction permet de renforcer en surface des composants en acier (engrenages, transmission…) par un chauffage rapide près de la surface suivi d'une trempe. La résistance à l'usure et à la fatigue sont augmentées grâce à un durcissement en surface, au maintien de la ductilité à cœur, et à la formation de contraintes résiduelles de compression en surface. On cherche actuellement à appliquer la trempe de contour à de nouvelles nuances d'aciers plus riches en éléments d'alliages (Mo, V, Cr…) pour viser des applications à plus haute température. Ces éléments ont un impact significatif sur les évolutions microstructurales, qu'il faudra étudier car elles influencent la formation des contraintes résiduelles, les profils de microstructures et de microtextures, et le comportement mécanique.
La thèse portera sur les évolutions microstructurales et la formation des microtextures au cours du chauffage rapide et de la trempe. L'acier étudié aura une microstructure initiale composée de martensite revenue contenant des carbures alliés et de l'austénite résiduelle. Au chauffage, on étudiera les interactions entre les carbures en cours de dissolution, la transformation austénitique, la redistribution des éléments d'alliage au sein de la microstructure, et la croissance des grains d'austénite. A la fin du chauffage, ces phénomènes seront avancés en surface mais plus partiels en profondeur à cause du cycle thermique local. Il faudra connaître la microstructure à cet instant et en chaque point du profil pour comprendre la formation des microstructures et des microtextures lors de la trempe.
Plusieurs questions seront abordées :
• Analyser l'impact sur les évolutions microstructurales des carbures alliés, qui différencient ces alliages par rapport à des aciers faiblement alliés plus conventionnels. On étudiera aussi l'influence de la microstructure initiale.
• Comprendre les mécanismes de transformations de phases lors d'un chauffage rapide (plus de 100°C/s).
• Etudier les microtextures martensitiques à partir de cartographies EBSD réalisées après la trempe (reconstruction cristallographique des grains d'austénite, distributions des paquets / blocs / lattes).
• Sur le plan expérimental, contribuer au développement de méthodes in situ pour caractériser les évolutions microstructurales en cycle rapide (dilatométrie et DRX haute énergie synchrotron, ou pour des cycles plus lents (EBSD in situ, microscopie confocale). Les microstructures seront aussi examinées post mortem à différentes échelles (EBSD, MEB/TKD, MET).
• L'analyse s'appuiera également sur la modélisation à base physique des processus métallurgiques.
On examinera également des traitements thermiques innovants de revenu après chauffage rapide et trempe.
L'étude expérimentale s'appuiera principalement sur des échantillons de dilatométrie homogènes en température, mais également sur quelques échantillons de laboratoire plus massifs pour étudier les profils de microstructure. Ces échantillons massifs seront traités thermiquement à l'aide de la plateforme de trempe de contour de l'IRT-M2P. Sur ces derniers échantillons, des profils de contraintes résiduelles seront mesurés.