Influence of initial microstructure and heating rate on kinetics of phase transformation in medium carbon low alloy steel

Résumé

Cette thèse examine l’influence de la microstructure initiale et de la vitesse de chauffage sur la cinétique de formation de l’austénite dans les aciers faiblement alliés à teneur moyenne en carbone. Cette classe d’aciers représente une catégorie de matériaux essentiels pour diverses applications industrielles telles que les trains d’atterrissage des avions et les turbines hydrauliques. Comprendre et contrôler avec précision ces transformations de phase est primordial pour optimiser le traitement thermique, obtenir les microstructures désirées et prédire les propriétés mécaniques. Malgré leur importance, une compréhension complète de la cinétique de formation de l’austénite à partir de microstructures initiales de bainite et de martensite, en particulier l’interaction entre la taille de grain d’austénite antérieure (TGAA) et la vitesse de chauffage, représente un défi de recherche important. La recherche comble cette lacune en employant une méthodologie multi-facette. La dilatométrie haute résolution a été utilisée pour des expériences de chauffage continu afin de quantifier la cinétique de transformation et les températures critiques. Des essais de trempe intermittente, associés à des techniques de caractérisations microstructurales avancées comprenant la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage (MEB) et la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD), ont été réalisés pour élucider les mécanismes sous-jacents de germination et de croissance de l’austénite. De plus, l’étude a développé et optimisé des modèles mathématiques, basés sur les théories de germination et de croissance contrôlées par la diffusion et affinés à l’aide d’un algorithme génétique, pour décrire avec précision les comportements cinétiques observés. Les résultats révèlent que pour une microstructure initiale de martensite, l’affinage du grain, en particulier une réduction de la TGAA de 330 μm à 117 μm, accélère significativement le taux de formation de l’austénite sans modifier la température critique de formation de l’austénite (Ac1). La germination de l’austénite dans ces échantillons martensitiques se produit principalement aux joints de grains d’austénite antérieure. En ayant étandu l’investigation à une microstructure initiale de bainite, une distinction claire des températures critiques et de la cinétique de transformation a été observée, la bainite présentant une cinétique nettement plus lente que la martensite. L’impact de la vitesse de chauffage s’est avéré plus prononcé sur la bainite que sur la martensite, et les différences de taux de croissance entre les deux microstructures initiales sont attribuées à des variations dans la distribution du carbone au sein de leurs matrices respectives. Ce travail a permis de développer et de valider avec succès des modèles mathématiques capables de prédire le degré de formation de l’austénite en fonction du temps, de la vitesse de chauffage et de la microstructure initiale (martensite et bainite), fournissant ainsi des informations précieuses pour le contrôle précis du traitement thermomécanique dans ces d’acier critiques.

Date	4 juin 2026
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Mohammad Jahazi (Directeur(-trice)), Henri Champliaud (Codirecteur(-trice)) & Pinaki Bhattacharjee (Codirecteur(-trice))