Effect of ausforming on the microstructure and transformation kinetics of a medium carbon carbide-free bainitic steel

Résumé

Les aciers à haute résistance, caractérisés par une excellente combinaison de propriétés Les aciers à haute résistance, caractérisés par une excellente combinaison de propriétés mécaniques, telles que la ductilité et la formabilité, avec une soudabilité et un coût satisfaisant sont en demande continue dans la plupart des industries, en particulier l'industrie automobile, où la réduction du poids des véhicules est un moyen important d'améliorer à la fois la consommation du carburant ainsi que l'efficacité et la sécurité des passagers. Une nouvelle génération d'aciers bainitiques nanostructurés à haute teneur en carbone-silicium, connue sous le nom d’aciers bainitique sans carbure (CFB), a été développée pour répondre à la demande ci-dessus. Cependant, l'acier CFB nanostructuré à haute teneur en carbone doit être traité thermiquement, parfois pendant plusieurs jours, pour atteindre les caractéristiques structurelles microscopiques requises. En outre, les inconvénients d'une teneur élevée en carbone sont des problèmes de soudabilité, où des fissures peuvent se développer dans les zones affectées par la chaleur en raison de la formation de martensite non trempée. Dans ce contexte, l'acier CFB nanostructuré à faible ou moyen carbone pourrait être une excellente alternative car il pallie les lacunes des aciers CFB nanostructurés à haut carbone. Cependant, l'obtention de CFB nanostructurés dans de l'acier à faible et moyen carbone peut être difficile car la réduction de la teneur en carbone de l'acier augmente la température de démarrage de la martensite et diminue la différence entre les températures de démarrage de la bainite et de la martensite, ce qui entraîne finalement la perte des avantages de la transformation de la bainite préformée à basse température. Parmi les paramètres importants qui contrôlent l'épaisseur des lamelles de la ferrite bainitique, il y a la résistance de l'austénite à partir de laquelle la bainite se développe et la force motrice de la transformation austénite-bainite. Par conséquent, les traitements thermomécaniques tels que l'ausformage peuvent être une solution possible pour surmonter les limitations de l'utilisation d'un acier à haute teneur en carbone. L'écrouissage de l'austénite, dû à la déformation avant la transformation bainitique, résiste à l’épaississement des lamelles de ferrite bainitique. En outre, la cinétique de transformation bainitique, la morphologie de la microstructure et la stabilité de l'austénite résiduelle peuvent être affectées. Par conséquent, afin d'atteindre les objectifs ci-dessus, une compréhension plus fondamentale des mécanismes impliqués dans l'évolution de la microstructure résultant du processus d'ausformage dans les aciers à teneur moyenne en carbone élevé est nécessaire. En particulier, l'impact de l'ausformage sur la transformation bainitique et les caractéristiques des lattes bainitiques doivent être compris et liés aux paramètres d'ausformage. Le présent projet de thèse vise à répondre à la question ci-dessus en vue de déterminer à terme les conditions d'ausformage optimales afin d'obtenir des plaques bainitiques de taille nanométrique dans un acier à teneur moyenne en carbone et à haute teneur en Si. À cette fin, trois objectifs majeurs ont été identifiés : La première partie de l'étude détaille comment la stabilité de l'austénite résiduelle déformée est modifiée en fonction de l'importance de la déformation à 600°C avant la transformation bainitique isotherme à 325 à 400°C. L'analyse a montré que le principal facteur contribuant à la stabilité de l'austénite conservée était la choix de la température isotherme bainitique, quel que soit le pourcentage de déformation. Pour l'acier étudié, la transformation bainitique au-dessus de Ms et en dessous de 350°C était la température seuil au-dessus de laquelle l'austénite résiduellee dans la matrice CFB se décomposait en martensite de façon importante à mesure que le pourcentage de déformation augmentait. La microstructure CFB obtenue à 325°C avait la stabilité thermique d'austénite conservée la plus élevée parmi les autres températures de transformation bainitique. Dans la deuxième partie de l'étude, l'anisotropie dans la morphologie de la CFB est corrélée à la déformation de plasticité de transformation (TP) en fonction de la température d'ausforming (au-dessus ou en dessous de la température de début de bainite, (Bs). Le changement microstructural observé par SEM et l'analyse EBDS a été comparé à l'évolution des déformations TP calculées par les déformations axiales et radiales pendant la transformation bainitique à 325°C après déformation de l'austénite à 600, 400 et 325°C. L'ausforming à 600°C a eu un effet limité sur les changements microstructuraux et les déformations TP et comparable l'état isotherme pur. Un alignement dans les plaques de ferrite bainitique a été observé lorsqu'une déformation plastique compressive a été appliquée en dessous de Bs. La déformation TP s'est intensifiée avec un alignement sévère dans la microstructure lorsque l'ausforming a été appliqué à la température de transformation isothérmique (325°C). morphologie avec ~100 nm d'épaisseur de plaques de ferrite bainiitc a été obtenue et la dureté a atteint un niveau similaire à celui d'un état martensitique (~550 HV). Enfin, la réponse de la microstructure CFB au processus de revenu, obtenue via des conditions non ausformées et ausformées, a été étudiée. Cela a été fait afin de déterminer les mécanismes sous-jacents des changements dilatométriques et microstructuraux observés pour le revenu non isotherme à 600°C, et revenu isotherme à 400 et 500°C pendant 1 heure. La microstructure avec une morphologie plus épaisse, qui a été produite par une transformation isotherme pure, c'est-à-dire sans ausformage préalable, a montré des changements dilatométriques minimes pour toutes les températures de revenu examinées. De plus, l'examen MEB a révélé un épaississement dans les lamelles de ferrite bainitique qui a conduit à une réduction de la dureté. D'autre part, une contraction du signal dilatométrique a été observée dans la microstructure bainitique ausformée au début de l'étape de chauffage de la trempe isotherme à environ 400°C. Cette contraction était associée au début des précipitation de la cémentite. Après que la température de revenu ait atteint 500°C, la contraction était plus perceptible et était liée à la formation de précipités de cémentite résultant de la décomposition de la ferrite bainitique et/ou de l'austénite conservée sous forme de film qui pourraient être révélés par des examens MEB et XRD. La présence de ces précipités empêche le grossissement de la ferrite bainitique, produisant ainsi des niveaux de dureté similaires à ceux de l'état non revenu.

Date	17 nov. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Mohammad Jahazi (Directeur(-trice)) & Carlos Garcia-Meteo (Codirecteur(-trice))