Evolution de l'état de précipitation au cours de l'austénitisation d'aciers microalliés au vanadium

Acevedo Reyes Daniel

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Table des matières Introduction Générale......................................................................1 Chapitre 1 : Précipitation dans les systèmes Fe-V-C et Fe-V-Nb-C.... 51.1. Précipitation et Réversion de carbures MC........................................... 61.1.1. Précipitation......................................................................................................... 61.1.2. Le phénomène de réversion ................................................................................ 81.2. Les systèmes Fe-V-C et Fe-Nb-C ...........................................................101.2.1. Le fer et l’austénite.............................................................................................. 111.2.2. Les diagrammes d’équilibre des systèmes Fe-(V,Nb,C) ....................................131.3. Précipitation des carbures de vanadium et de niobium ....................... 171.3.1. Propriétés physiques et mécaniques.................................................................. 171.3.2. Structure cristalline ............................................................................................ 171.3.3. Relation d’orientation avec la matrice ...............................................................191.3.4. Produits de solubilité......................................................................................... 201.3.5. Données expérimentales de diffusion...................................................... ...

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Table des matières

Introduction Générale......................................................................1

Chapitre 1 : Précipitation dans les systèmes FeVC et FeVNbC....5

1.1.Précipitation et Réversion de carbures MC........................................... 6 1.1.1.Précipitation......................................................................................................... 6 1.1.2.Le phénomène de réversion ................................................................................ 8 1.2.Les systèmes FeVC et FeNbC ...........................................................10 1.2.1.Le fer et l’austénite.............................................................................................. 11 1.2.2.Les diagrammes d’équilibre des systèmes Fe(V,Nb,C).................................... 13 1.3.Précipitation des carbures de vanadium et de niobium ....................... 17 1.3.1.Propriétés physiques et mécaniques.................................................................. 17 1.3.2.Structure cristalline ............................................................................................ 17 1.3.3.19Relation d’orientation avec la matrice ............................................................... 1.3.4.Produits de solubilité......................................................................................... 20 1.3.5.Données expérimentales de diffusion................................................................25 1.3.6.Energie d’interface..............................................................................................27

Chapitre 2 : Suivi de l’état de précipitation lors de la réversion d’un alliage modèle ternaire FeCV. .......................................................29

2.1.Matériau et traitements thermiques.................................................... 31 2.1.1.Alliage modèle FeCV...........................................................................................31 2.1.2.Traitements thermiques effectués......................................................................33 2.1.3.............................................................................. 34Préparation des échantillons 2.2.................................................... 37Caractérisation de la microstructure 2.2.1.................................................................................37Techniques expérimentales 2.2.2.Observations qualitatives de la microstructure des échantillons .................... 38 2.2.3.Cristallographie des précipités........................................................................... 41

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Table des matières

2.3.Evolution de la distribution de taille des particules............................ 44 2.3.1.Techniques expérimentales utilisées ................................................................ 44 2.3.2.Résultats............................................................................................................. 49 2.4.Evolution de la fraction volumique précipitée .....................................52 2.4.1.........................éeos..s.elsrpporémineatodesexpMéth35...................................... 2.4.2.Résultats et conséquences sur le produit de solubilité......................................55 2.4.3.Détermination du produit de solubilité .............................................................57 2.5.Conclusions du chapitre ......................................................................59

Chapitre 3: Modélisation de la précipitationréversion d’un alliage modèle FeCV................................................................................. 61

3.1.Thermodynamique de précipitation des carbures VC x ........................... 62 3.1.1.Enthalpie libre de la matrice ......................................................................... 63 3.1.2.Enthalpie libre des précipités........................................................................ 64 3.1.3.Equilibre thermodynamique et produit de solubilité................................... 65 3.1.4.Effet de GibbsThomson.................................................................................67 3.1.5.Force motrice de précipitation...................................................................... 68 3.2.Présentation du modèle proposé ........................................................... 68 3.2.1.Revue bibliographique................................................................................... 69 3.2.2.Hypothèses du modèle .................................................................................. 70 3.2.3.Equation de germination................................................................................ 71 3.2.4.Croissance des particules ...............................................................................74 3.3.77Application à la réversion dans un alliage FeCV...................................... 3.3.1.Influence des paramètres ...............................................................................77 3.3.2.Comparaison avec les résultats expérimentaux ........................................... 84 3.4.91Conclusions du chapitre .........................................................................

Chapitre 4: Cinétiques de réversion dans un alliage quaternaire FeCVNb......................................................................................... 93

4.1.Contexte de l’étude ............................................................................. 94 4.1.1.Problématique de la chimie des carbures ......................................................... 94 4.1.2........................................................................................ 95Etude bibliographique

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Table des matières

4.2.................................................... 98Matériau et traitements thermiques 4.2.1.Composition choisie .......................................................................................... 98 4.2.2.Caractérisation de l’étatBrut De Réception................................................... 100 4.2.3.Traitements thermiques effectués....................................................................103 4.3.Suivi de l’évolution de l’état de précipitation .....................................104 4.3.1.................................................................105Etude générale de la microstructure 4.3.2...................................................................107Evolution de la fraction volumique 4.3.3.Chimie des particules ....................................................................................... 112 4.3.4.Evolution de la taille des particules ................................................................. 114 4.3.5.Perspectives et conclusions de l’étude expérimentale..................................... 116 4.4.Thermodynamique de précipitation : alliage FeCVNb ....................... 119 4.4.1.Enthalpie de la matrice.....................................................................................120 4.4.2.Enthalpie du précipité (V,Nb)C........................................................................ 121 4.4.3.Equilibre thermodynamique ............................................................................ 121 4.4.4.123Effet de Gibbs Thomson ................................................................................... 4.4.5.Force motrice de précipitation.........................................................................124 4.5.124Modélisation de la précipitationréversion dans un alliage FeCVNb.. 4.5.1.Description du modèle .....................................................................................124 4.5.2.Résultats de modélisation ................................................................................128 4.5.3.Synthèse de la modélisation.............................................................................138 4.6.Conclusions du chapitre ....................................................................139

Chapitre 5: industrielle.

Application aux cinétiques de réversion d’une nuance ................................................................................. 141

5.1.142Acier à ressorts : nuance 60SiCrV7+Nb ............................................. 5.1.1.Composition de la nuance ................................................................................142 5.1.2.Rôle du microalliage dans la nuance choisie ...................................................142 5.1.3...................................................................144Etudes préalables sur cette nuance 5.2.Traitements thermiques et techniques expérimentales ..................... 145 5.2.1.145Traitements thermiques effectués.................................................................... 5.2.2.Méthodes expérimentales.................................................................................146 5.3.148Résultats et discussion ...................................................................... 5.3.1.Microstructure et taille de grain.......................................................................148 5.3.2....................................................................150Evolution de la fraction précipitée 5.3.3................................................ 152Etude microscopique de l’état de précipitation 5.3.4.Synthèse de l’étude expérimentale................................................................... 161

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Table des matières

5.4.Modélisation de la réversion de la nuance 60SiCrV7 + Nb................. 162 5.4.1.Comparaison de la modélisation et des résultats expérimentaux ..................162 5.4.2.Influence de la composition et du rayon moyen..............................................164 5.4.3.170Perspectives pour la modélisation de la réversion .......................................... 5.5.Conclusions du chapitre .................................................................... 170

Conclusion générale et perspectives..................................................... 173

Références Bibliographiques ...............................................................179

Annexes .............................................................................................. 189

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