Atomistic modeling of austenite-ferrite phase transformation in steels.

Μοdélisatiοn atοmistique de la transfοrmatiοn de phase austénite-ferrite dans les aciers

• Auteur / Autrice : Yuri Borges Gomes Lima
• Direction : Denis Ledue, Héléna Zapolsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/12/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Politano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Ledue, Héléna Zapolsky, Olivier Politano, Ludovic Thuinet, Gilles Demange, Christine Mottet, Céline Varvenne
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Politano, Ludovic Thuinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Acier

Fer

Quasi-particules

Ségrégation (métallurgie)

Dislocations dans les métaux

Ferroélasticité

Transitions de phases

Mots clés libres

Transformation de phase austénite-Ferrite

Interfaces de transformation de phase

Mécanisme de transformation

Dislocations

Ségrégation du carbone

Simulation atomistique

Champ de phase cristallin

Quasiparticules

Modélisation

Fer

Fer-Carbon

Acier

Austenite-Ferrite phase transformation

Phase transformation interfaces

Transformation mechanism

Dislocations

Carbon segregation

Atomistic simulation

Phase-Field crystal

Quasiparticles

Modelisaiton

Iron

Iron-Carbon

Steel

Résumé

Cette thèse applique l'approche des Quasiparticles (QA) pour étudier les mécanismes à l'échelle atomique qui conduisent à la transformation de phase CFC à CC dans le fer. Dans un premier temps, cette étude se concentre sur le fer pur, fournissant des résulats détaillés sur la nature et le rôle des dislocations à l'interface CFC-CC. Il a été montré que l'interface CFC-CC est semi-cohérente, avec des marches, et contient deux réseaux de dislocations de transformations. L'approche des Quasiparticles a permis de révéler l'influence de la relation d'orientation sur les caractéristiques de l'interface. Bien que les relations d'orientation étudiées ont montré diférentes structures d'interface, il a été démontré que toutes suivent le même chemin de transformation atomique, dû au glissement des dislocations de transformation à l'interface. Il a été conclu que la transformation complète de CFC à CC implique le mécanisme de transformation de Kurdjumov-Sachs (KS) en deux variantes le long des lignes de dislocations, avec le mécanisme de transformation de Kurdjumov-Sachs-Nishiyama (KSN) qui émerge comme la moyenne de l'action des deux mécanismes KS. Cette description détaillée a servi de base pour l'étude des systèmes Fe-C, où la ségrégation du carbone à l'interface a été observée. De plus, il a été montré que les profils de concentration de carbone sont cohérents avec des conditions d'équilibre local à l'interface.

This thesis applies the Quasiparticle Approach (QA) to investigate the atomic scale mechanisms driving the phase transformation from FCC to BCC structures in iron. Initially, the study focuses on pure iron, providing detailed results into the nature and role of dislocations, at the FCC-BCC interface. It was shown that the FCC-BCC interface is semi-coherent and stepped, with two sets of transformations dislocations at the interface. The QA framework reveals how each orientation relationship (OR) influences the interface characteristics. Although the ORs displayed different interface structures, all were ultimately found to follow the same atomic transformation path, driven by the glide of transformation dislocations at the interface. It was concluded that the complete FCC to BCC phase transformation involves the action of the Kurdjumov-Sachs (KS) transformation mechanism in two variants along the two sets of dislocations, with the Kurdjumov-Sachs-Nishiyama (KSN) mechanism emerging as the average of the two KS mechanisms. This detailed description served as a basis for the study of Fe-C systems, where carbon segregation at the interface was observed. Moreover, it was shown that the carbon concentration profiles were consistent with local equilibrium conditions at the interface.