Identify and quantify the thermodynamics and kinetics aspects of fast tempering in martensite low-alloy medium carbon steel used for aerospace application

Résumé

Le chauffage par induction, un procédé localisé rapide et populaire de traitement thermique est de plus en plus employé dans les industries aérospatiales qui exigent des pièces présentant une bonne tenue en fatigue et une bonne résistance à l'usure. En raison de l'exposition à haute température d'induction, la transformation vers l'état d'équilibre de la martensite dans la zone de sur-revenu (perte de dureté) se produit entre la couche durcie de surface et le coeur de la pièce se produit par une série de phénomènes thermiquement activés. Afin de comprendre le comportement de sur-revenu, la cinétique de la coalescence de la cémentite dans la martensite de l’acier AISI 4340 avec dureté initiale 460 HV a été étudiée. Une etude microstructurale et une modélisation ont été réalisées pour comprendre la réponse du matériau pendant le revenu à 550 °C, 650 °C et 700 °C. Différentes méthodes pour reveler les précipités ont été évaluées et comparées. Une analyse statistique a été effectuée sur des mesures microstructurales telles que la taille, la fraction volumique et la morphologie. D'autre part, le comportement de coalescence de ce système multi-composants a été étudié au moyen d'une étude cinétique et thermodynamique grâce au logiciel DICTRA. L'outil de calcul peut traiter les alliages complexes et a été employé pour modéliser la precipitation résultant de l'effet du revenu. Les résultats de la modélisation indiquent que dans un premier temps la résistance à la coalescence du système de l’alliage AISI 4340 est obtenue par la répartition du Cr et du Mn dans la cémentite au début du revenu mais également par la répartition de l'élément Mo dans la cémentite à une étape ultérieure du revenu. Pour des temps encore plus long, cette résistance est aussi contrôlée par la répartition des éléments Ni et le Si dans la matrice. Ces résultats expliquent la remarquable résistance à la coalescence de l’acier AISI 4340, même pour un revenu prolongé. Également en raison de la basse température 653 K (380 °C) choisi pour le revenu initial de la martensite, seul le C diffuse dans la matrice, entrainant une stabilité thermodynamique de type paraéquilibre, et toute exposition à plus haute température (sur-revenu) nécessitera d'atteindre une nouvelle condition thermodynamique, bloquant ainsi la coalescence rapide de la cémentite. Une extension du modèle de Björklund est employée pour valider les résultats du modèle DICTRA. Finalement, les évolutions de la limite élastique et de la dureté de la zone surrevenue ont été mesurées en fonction des paramètres de la microstructure.

Date	6 avr. 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Philippe Bocher (Directeur(-trice))