Etude de la relation entre la microstructure et les propriétés mécaniques d'un acier durci par précipitation intermétallique intense : le Fer-Silicium-Titane

Understanding of the combination between microstructure and mechanical behavior of a nanostrutured very high strength steel hardened by intense intermetallic precipitation.

• Auteur / Autrice : Malika Perrier
• Direction : Yves Bréchet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 10/01/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et Ingénieurie des Matériaux et des Procédés - Science et Ingenierie, MAtériaux Procédés
• Jury : Président / Présidente : Philippe Maugis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Bréchet, Olivier Bouaziz, David Embury
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Hazotte, Bernard Viguier

Mots clés

Mots clés libres

Durcissement structural

Précipités

Acier Haute résistance

Propriétés mécaniques

D.N.P.A.

Precipitation hardening

High strength steel

S.A.N.S.

Brittle

Mechanical properties

Résumé

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.

The Iron-Silicon-Titanium alloy system is known to have an interesting hardening potential thanks to its ability to produce a fine and dense precipitation microstructure. The high yield stress obtained for steels from this system, makes them potential candidates for automotive applications. The aim of this study was to improve the understanding of the precipitation sequence and kinetics, as well as to analyze the influence of the precipitates on the mechanical properties (yield strength and strain hardening) in the objective of alloy design and process optimization. The approach used is classical in physical metallurgy. It consists namely, of the characterization of precipitation followed by the study of the mechanical properties. The characterization of precipitation has been carried out using the combination of Small-Angle Neutron Scattering, Transmission Electron Microscopy and Atom Probe Tomography. This provides an accurate description of the precipitates in terms of crystal structure, composition, size and volume fraction. These properties have been subsequently reproduced with a precipitation model. The mechanical tests performed on the alloy at room temperature, have revealed a high hardening potential that depends on ageing time and temperature. Physically-based models for yield strength and strain hardening rate (including the effect of isotropic and kinematic hardening) have been applied to interpret the measured stress-strain curves, and allow to reach a comprehensive understanding of the microstructure/properties relationship in the Fe-Si-Ti alloy system.