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Thèse soutenue

Compréhension du rôle de la microstructure d'aciers inoxydables austénitiques à grains fins sur le comportement en fatigue

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Auteur / Autrice : Stéphanie Brochet
Direction : Jean-Bernard Vogt, Angéline Poulon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des matériaux
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : Lille 1

Résumé

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Le sujet de thèse est une contribution au développement d'aciers inoxydables austénitiques à grains ultrafins, combinant haute résistance mécanique et ductilité, aciers produits par Ugine&ALZ. Les objectifs principaux sont, d'une part de comprendre les mécanismes métallurgiques mis en jeu lors de la réduction de la taille des grains et d'autre part d'étudier le rôle de la taille de grain et de la teneur en nickel (i. E. Stabilité de l'austénite) sur les mécanismes de plasticité cyclique. Après laminage à froid, la diminution de la taille de grain résulte de phénomènes de recristallisation selon deux mécanismes : l'un, à partir de l'austénite écrouie et qui limite la réduction de la taille du grain au plus à 2µm ; Le second, à partir de la réversion de la martensite induite par laminage, conduit à des grains plus fins et à une structure « binaire» (microstructure à deux tailles de grains). Réduire la taille de grain de 20µm à 2µm quelque soit la nuance d'acier conduit, sous déformation cyclique contrôlée, à des amplitudes de contrainte cyclique beaucoup plus élevées sans pénaliser la résistance à la fatigue. Une tendance à l'adoucissement cyclique est observée quand l'austénite est stable ainsi qu'un durcissement cyclique en cas de transformation martensitique. De plus, la réduction de la taille de grain ne modifie pas la nature des structures de dislocations par contre elle favorise la transformation induite par sollicitation cyclique dans l'acier instable. Pour ce dernier, la martensite α' peut germer à partir de zones riches en dislocations - mur et parois de cellules (aciers à gros grains), accumulations de dislocations près du joint de grain (aciers à grains fins) et non pas de manière «conventionnelle» pour les aciers austénitiques c'est-à-dire à l'intersection de bandes de glissement. Cette modification de la transformation permet de se prémunir d'un amorçage précoce de fissures courtes mais pas de la propagation en volume. Au vu des résultats obtenus, ces alliages à grains fins apparaissent comme fiables, économiques et durables pour la fabrication de composants et structures pour le transport.