Contribution à la compréhension des liens entre microstructure et propriétés tribologiques d’aciers inoxydables haute dureté après traitements de surface

Contribution hunderstanding the Relationship between Microstructure and Tribological Properties of High Hardness Stainless Steel after Surface Treatments

• Auteur / Autrice : Edson thiago Silva santos
• Direction : Brigitte Bacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Soutenance le 04/06/2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Sorbonne Paris Nord (Bobigny, Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
• Jury : Président / Présidente : Guy Dirras
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ghislain Roméo Yantio Njankeu Sabeya, Tony Da Silva Botelho, Danièle Chaubet, Geneviève Inglebert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Champion, Caroline Richard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse EBSD

Usure (mécanique)

Traitements de surface

Acier inoxydable

Mots clés libres

Aciers inoxydables haute performance

High performance stainless steels

Résumé

Des industriels du domaine aéronautique se sont regroupés autour du projet MEKINOX (Mécanique Inoxydable) visant à développer l'utilisation de différentes nuances d'aciers inoxydables en raison de leur haute résistance mécanique et de leur résistance à la corrosion. Cependant ces aciers sont réputés sensibles au frottement. Dans ce contexte, ce travail de thèse est dédié dans un premier temps à l'étude de l'effet des différents traitements thermiques et de surface sur la microstructure des aciers inoxydables visant à améliorer leur aptitude au frottement. Nous avons mis en évidence différents mécanismes de durcissement : par précipitation, par changement de phase et par solution solide. Dans un deuxième temps, nous avons mis en place une démarche expérimentale permettant de comparer la réponse des différents couples de matériaux sous contact roulant et glissant extrêmes. Ces essais nous ont permis de caractériser l'évolution du coefficient de traction et de classer les différents états métallurgiques selon leur résistance à l'usure. Dans un troisième temps, nous avons caractérisé les différents types d'endommagements se produisant en surface et en sous-couche. Enfin, l'utilisation de l'EBSD nous a permis caractériser la déformation plastique en sous couche et de tenter de corréler la valeur de la densité de HAGB (Angles à forte désorientation) avec la résistance à l'usure des différents états métallurgiques des aciers étudiés.

Aeronautics industrials gathered thought MEKINOX project ("Mécanique Inoxydable") in order to develop the use of different stainless steels grades, because both their high strength and corrosion resistance. However, these steels are deemed sensitive to friction. In this context, this thesis is dedicated firstly to study the effect of different thermal and surface treatments on the microstructure of stainless steels to improve their ability to friction. Different hardening mechanisms were observed: precipitation, phase change and solid solution. Secondly, we have implemented an experimental approach for comparing the response of the various materials pairs under extreme sliding and rolling contact. These tests have allowed us to characterize the friction coefficient evolution and classify the different metallurgical materials and treatments according to their wear resistance. Thirdly we have characterized the different types of damage occurring at surface and in the subsurface. Finally, the use of EBSD allowed us to characterize the plastic deformation in the subsurface and to correlate the value HAGB (High Angle Grains Boundaries) density with the wear resistance of the different metallurgical materials and treatments of the examined steels.