Literatura académica sobre el tema "Acier au carbone – Propriétés mécaniques"

L’étude porte sur les aciers bas carbone (0,2 %) faiblement alliés bruts de fonderie. Les différentes opérations effectuées dans le bain liquide de l’acier influent sur la population inclusionnaire ; ces inclusions sont elles-mêmes responsables d’une partie des propriétés mécaniques de l’acier. Leur contrôle et leur étude revêtent donc une grande importance. L’objet de ce travail est de mettre au point une méthode de comptage, d’en évaluer la fiabilité et la reproductibilité ainsi que d’en montrer la limite. D’ordinaire, cette opération est réalisée par microscopie optique, méthode longue à mettre en œuvre et ne couvrant qu’une surface d’échantillon très limitée. La méthode présentée ici requiert un microscope électronique à balayage (MEB) doté d’une forte stabilité du faisceau d’où l’utilisation d’un canon à émission de champs (FEG). Cette méthode est plus rapide et couvre une surface plus large. Elle est déjà utilisée en sidérurgie pour des aciers laminés mais est beaucoup moins courante pour des contrôles métallurgiques sur des aciers moulés. Pour transposer cette méthode à ce type d’acier il est donc nécessaire de confirmer sa fiabilité et sa répétabilité. Dans un premier temps, un opérateur définit des critères morphologiques et chimiques sur les inclusions rencontrées dans une zone représentative très réduite. Dans un second temps, un logiciel scanne automatiquement une zone beaucoup plus large et classe les inclusions détectées selon les critères pré-définis (taille, forme, nature). Afin de statuer sur la répétabilité et la reproductibilité de cette méthode, une étude statistique est réalisée sur une surface test ; cette zone est analysée plusieurs fois dans le but de définir des intervalles de tolérances. Si les résultats obtenus en termes de population inclusionnaire sont significatifs, il sera alors possible de statuer sur la pertinence des différentes opérations effectuées dans les bains d’acier liquide.

L’essai d’indentation instrumentée est une technique très utilisée car elle permet d’estimer les propriétés mécaniques des matériaux comme la dureté et le module de Young. Cette étude sur l’indentation multi-échelles (de 5 mN à 2 kN) a été réalisée sur des matériaux métalliques massifs (acier, acier inoxydable et aluminium) avec trois instruments : nano, micro et macro indenteurs, et différents types d’essais : classique, CSM et multicyclique. Nous avons constaté que, pour estimer les propriétés mécaniques, il est nécessaire de prendre en compte la correction du défaut de pointe et aussi de la complaisance du bâti quelle que soit l’échelle de mesure, et donc quelle que soit la conception de l’instrument pour la mesure du déplacement. Dans ces conditions, en considérant ces corrections, le module de Young reste quasi constant dans tout le domaine de force étudié (<12 %), et est donc à ce titre une propriété intrinsèque. Par contre, la dureté décroit lorsque la charge augmente, ce qui est classiquement attribué à l’effet de taille en indentation, mais qui peut aussi être imputé au mode de déformation autour de l’empreinte, au bourrelet prédominant (pile-up) pour les échantillons en acier et aluminium, et à la déflection des faces (sink-in) pour l’acier inoxydable.

Dans ce travail, nous avons développé des couches nanométriques biocompatibles à base de titane (TiN et TiO2) sur acier inoxydable 316L, par CAE-PVD (Cathodic Arc Evaporation), qui est un procédé efficace pour la synthèse de revêtements de haute qualité. Nous avons axé notre étude sur une caractérisation mécanique et tribologique des revêtements par des tests d’indentation et des rayures. Les résultats obtenus montrent une morphologie dense et uniforme couplée à des propriétés mécaniques et interfaciales importantes. Les revêtements TiN et TiO2 ont montré une dureté comprise entre 5,9 GPa et 8,23 GPa. La mesure de l’adhérence par des tests de rayure a montré que les deux revêtements ont une qualité d’adhérence légèrement différente. Les couches développées en TiN et TiO2 ont montré des charges de cohésion critiques comprises entre 1,8 N et 3,3 N avec une charge d’adhérence critique de 13,1 N. Les propriétés tribologiques ont été étudiées, en utilisant un test de Scratch multi-passes à charge constante, ce qui a permis de déterminer le coefficient de frottement et le taux d’usure énergétique. Les coefficients de frottement des deux couches étudiées sont du même ordre de grandeur (0,1), mais on peut dire que la résistance au frottement varie d’une couche à l’autre. L’énergie spécifique d’usure était comprise entre 3,09 × 10−5 J/μm3 et 8,36 × 10−5 J/μm3, et elle n’a pas changé après immersion de la couche de TiN pendant 48 h dans une solution de NaCl à 3 %. Le film mince de TiN, connu pour sa biocompatibilité et ses performances biologiques, a montré des propriétés mécaniques et tribologiques qui lui permettent d’être utilisé dans les implants de hanche et de genou.

Lors du traitement de nitruration, la diffusion de l'azote dans les aciers entraîne la transformation des carbures de revenu en nitrures. Durant cette transformation, du carbone est relâché dans la matrice ferritique. L'étude expérimentale a mis en avant que cette décarburation est observable quel que soit le type de nitruration et pouvait aller jusqu'à 20 % dans le cas où la couche nitrurée ne comportait pas de couche de combinaison. Cette décarburation est induite par la réaction du carbone relâché au cours de la transformation de la cémentite avec l'hydrogène issu de la décomposition de l'ammoniac pour former une espèce carbonée, cette réaction a lieu tant qu'aucune couche de combinaison n'est présente à la surface. Cette redistribution du carbone influe sur la microstructure et les profils de contraintes résiduelles des couches nitrurées. Grâce aux résultats expérimentaux, ce phénomène a été implémenté dans le modèle de simulation de la nitruration développé au laboratoire. Cette implémentation porte essentiellement sur les conditions initiales et aux limites qui ont été obtenues en complétant les résultats expérimentaux par une simulation thermodynamique permettant de simuler des profils d'azote et de carbone proches de ceux obtenus expérimentalement. Le modèle permet également de calculer la variation de volume accompagnant la précipitation et ainsi de calculer les champs des contraintes résiduelles générées à la température de nitruration et leurs modifications lors du refroidissement. Le caractère polyphasé du matériau est pris en compte, la simulation permettant de connaître les contraintes résiduelles dans la ferrite, les précipités et les contraintes résiduelles macroscopiques grâce à un modèle micromécanique de transition d'échelles de type auto-cohérent. Cette approche multiphysique est applicable à l'ensemble des aciers au carbone allié (Cr, Mo, V). Ce modèle a été plus particulièrement appliqué à la nuance industrielle 33CrMoV12-9. L'ensemble de cette étude a permis de comprendre l'influence du carbone sur les propriétés mécaniques des couches nitrurées et de mettre au point un cycle industriel de nitruration en se basant sur les résultats expérimentaux et la simulation
During the nitriding treatment, the diffusion of nitrogen in the steels causes the transformation of initial carbides into nitrides. During this transformation, carbon is released into the ferritic matrix. The experimental study has highlighted that the decarburization of the nitride layer occurs regardless of the type of nitriding and could reach 20% when the nitriding surface is not composed of compound layer This decarburization is induced by the reaction of the carbon released during the transformation of the cementite, with the hydrogen produced by the decomposition of ammonia to give a carburized species ?, this reaction occurs as long as any compound layer exists at the surface of the sample. This carbon redistribution has an influence on the microstructure and the residual stresses of the nitride layers. Based on experimental results, this phenomenon has been implemented in the nitriding simulation model developed in the laboratory. This implementation focuses on initial and boundary conditions obtained by complementing the experimental results with a thermodynamic simulation, to simulate nitrogen and carbon profiles close to those obtained experimentally. The model also calculates the volume change due to ? the precipitation and calculates the fields of residual stresses generated at the nitriding temperature and their evolution during cooling.. The multiphase character of the material is taken into account; the simulation allowing knowing the residual stresses in the ferrite, the precipitates and macroscopic residual stresses through a micromechanical model of scale transition like self-consistent. This multiphysics approach is applicable to all alloy carbon steels (Cr, Mo, V). This model has specifically been applied to industrial grade 33CrMoV12-9. The entire study allows understanding the influence of carbon on the mechanical properties of nitrided layers and the development of an industrial nitriding cycle based on experimental results and simulation

La perlite est un constituant de nombreuses nuances d'acier à haute résistance utilisées dans des applications industrielles qui exigent une bonne combinaison de résistance mécanique et de ductilité. Avec les exigences croissantes de qualité des produits et de fiabilité en service, le contrôle non destructif des matériaux permet une évaluation non destructive de leurs propriétés dont les méthodes électromagnétiques, y compris les essais par courants de Foucault (CF). Cependant, l'influence des paramètres microstructuraux sur les propriétés physiques mesurées indirectement par un capteur électromagnétique n'est pas encore complètement élucidée. Le but du présent travail est de comprendre les relations entre microstructure, propriétés mécaniques et comportement électromagnétique de fils d'acier au carbone soumis à différents traitements thermomécaniques. Il vise aussi à améliorer les connaissances en métallurgie physique et mécanique de ces aciers. L'effet des microstructures et de la déformation plastique sur le comportement physique de différents fils d'acier de résistances mécaniques distincts a été étudié à travers de mesures de résistivité jusqu’à 2 K et caractérisations magnétiques, et de contrôle par CF. De plus, les domaines magnétiques ont pu être imagés par microscopie à force magnétique en dépit de microstructures complexes. Les réponses électromagnétiques ont été impactés par des variations de conductivité électrique et de perméabilité magnétique typiques de chaque matériau, principalement liées aux différentes fractions volumiques de phases (cémentite et ferrite), leur distribution et leur morphologie. L'augmentation de la concentration en carbone améliore la localisation des électrons sur les sites atomiques, ce qui contribue au caractère covalent des liaisons interatomiques, réduisant ainsi la conductivité des aciers. En outre, les interfaces α-Fe3C qui agissent comme une barrière physique pour le glissement de dislocation dans la ferrite, affectent également le déplacement des électrons libres et des parois des domaines magnétiques dans le matériau. La conductivité et la perméabilité ont augmenté dans l’ordre : martensite, sorbite, perlite, ferrite proeutectoïde-perlite, sphéroïdite et ferrite. De plus, il a été observé que le comportement électromagnétique des aciers perlitiques dépendait de l’état de déformation résultant du procédé de tréfilage, ainsi que de l'utilisation en service où l’endommagement par fatigue peut se produire. Des expériences de fatigue oligocyclique ont montré que la résistance peut être contrôlée par des traitements thermomécaniques appropriés. Le potentiel d’évaluation par CF a été mis en évidence en tant qu'outil de caractérisation de l'état microstructural et des propriétés mécaniques des fils d'acier au cours d’un procédé de fabrication ou lors de son usage. Enfin, cette technique a démontré son utilité pour surveiller la déformation élastique cyclique et l'accommodation plastique des aciers perlitiques répondant aux conditions de charge en fatigue
Pearlite is a common constituent of a large variety of high strength steel grades typically used in many structural engineering applications, which demand a good combination of high strength and ductility. With the increasing requirements for product quality and in-service reliability, the non-destructive inspection of materials enables the evaluation of their properties including electromagnetic methods, such as eddy current testing (ECT). However, the influence of microstructural parameters on the physical properties indirectly measured by an electromagnetic sensor has not yet been completely elucidated. The objective of the present work is thereby to understand the relations between microstructure, mechanical properties, and electromagnetic behavior of carbon steel wires submitted to different thermomechanical treatments. It aims also at improving the knowledge of the physical and mechanical metallurgy of these steels. The effect of microstructure and plastic deformation on the electromagnetic responses of different steels with various tensile strengths was investigated through resistivity down to 2 K and magnetic measurements, as well as by ECT. In addition, magnetic domains could be imaged by magnetic force microscopy despite the complex microstructures. The electromagnetic responses changed according to the electrical conductivity and magnetic permeability variations of each material, which were mainly related to changes in the volume fraction, distribution, and morphology of the cementite phase within the α-ferrite matrix. The increase of carbon concentration enhances the localization of electrons at the atomic sites, assisting the covalent character of interatomic bonds and thereby reducing the conductivity of steels. Besides, the α-Fe3C interfaces that act as a physical barrier for dislocation slip in ferrite, affecting as well the main free-path for conductive electrons and magnetic domain walls displacements within the material. Conductivity and permeability increased in the order of martensite, sorbite, pearlite, proeutectoid ferrite-pearlite, spheroidite, and ferrite microstructures. Also, the electrical and magnetic behavior of fully pearlitic steels was observed to depend on the deformation resulted from the cold-drawing and in-service application where fatigue may occur. Low-cycle fatigue experiments have pointed out that the resistance can be managed by relevant thermo-mechanical treatments. The potentiality of ECT was highlighted as a characterization tool of the microstructural state and mechanical properties of steel wires during manufacturing processes or in-service environment. Finally, this technique has been shown to be useful for monitoring cyclic elastic deformation and plastic accommodation of pearlitic steels responding to fatigue-loading conditions

La perlite est un constituant de nombreuses nuances d'acier à haute résistance utilisées dans des applications industrielles qui exigent une bonne combinaison de résistance mécanique et de ductilité. Avec les exigences croissantes de qualité des produits et de fiabilité en service, le contrôle non destructif des matériaux permet une évaluation non destructive de leurs propriétés dont les méthodes électromagnétiques, y compris les essais par courants de Foucault (CF). Cependant, l'influence des paramètres microstructuraux sur les propriétés physiques mesurées indirectement par un capteur électromagnétique n'est pas encore complètement élucidée. Le but du présent travail est de comprendre les relations entre microstructure, propriétés mécaniques et comportement électromagnétique de fils d'acier au carbone soumis à différents traitements thermomécaniques. Il vise aussi à améliorer les connaissances en métallurgie physique et mécanique de ces aciers. L'effet des microstructures et de la déformation plastique sur le comportement physique de différents fils d'acier de résistances mécaniques distincts a été étudié à travers de mesures de résistivité jusqu’à 2 K et caractérisations magnétiques, et de contrôle par CF. De plus, les domaines magnétiques ont pu être imagés par microscopie à force magnétique en dépit de microstructures complexes. Les réponses électromagnétiques ont été impactés par des variations de conductivité électrique et de perméabilité magnétique typiques de chaque matériau, principalement liées aux différentes fractions volumiques de phases (cémentite et ferrite), leur distribution et leur morphologie. L'augmentation de la concentration en carbone améliore la localisation des électrons sur les sites atomiques, ce qui contribue au caractère covalent des liaisons interatomiques, réduisant ainsi la conductivité des aciers. En outre, les interfaces α-Fe3C qui agissent comme une barrière physique pour le glissement de dislocation dans la ferrite, affectent également le déplacement des électrons libres et des parois des domaines magnétiques dans le matériau. La conductivité et la perméabilité ont augmenté dans l’ordre : martensite, sorbite, perlite, ferrite proeutectoïde-perlite, sphéroïdite et ferrite. De plus, il a été observé que le comportement électromagnétique des aciers perlitiques dépendait de l’état de déformation résultant du procédé de tréfilage, ainsi que de l'utilisation en service où l’endommagement par fatigue peut se produire. Des expériences de fatigue oligocyclique ont montré que la résistance peut être contrôlée par des traitements thermomécaniques appropriés. Le potentiel d’évaluation par CF a été mis en évidence en tant qu'outil de caractérisation de l'état microstructural et des propriétés mécaniques des fils d'acier au cours d’un procédé de fabrication ou lors de son usage. Enfin, cette technique a démontré son utilité pour surveiller la déformation élastique cyclique et l'accommodation plastique des aciers perlitiques répondant aux conditions de charge en fatigue
Pearlite is a common constituent of a large variety of high strength steel grades typically used in many structural engineering applications, which demand a good combination of high strength and ductility. With the increasing requirements for product quality and in-service reliability, the non-destructive inspection of materials enables the evaluation of their properties including electromagnetic methods, such as eddy current testing (ECT). However, the influence of microstructural parameters on the physical properties indirectly measured by an electromagnetic sensor has not yet been completely elucidated. The objective of the present work is thereby to understand the relations between microstructure, mechanical properties, and electromagnetic behavior of carbon steel wires submitted to different thermomechanical treatments. It aims also at improving the knowledge of the physical and mechanical metallurgy of these steels. The effect of microstructure and plastic deformation on the electromagnetic responses of different steels with various tensile strengths was investigated through resistivity down to 2 K and magnetic measurements, as well as by ECT. In addition, magnetic domains could be imaged by magnetic force microscopy despite the complex microstructures. The electromagnetic responses changed according to the electrical conductivity and magnetic permeability variations of each material, which were mainly related to changes in the volume fraction, distribution, and morphology of the cementite phase within the α-ferrite matrix. The increase of carbon concentration enhances the localization of electrons at the atomic sites, assisting the covalent character of interatomic bonds and thereby reducing the conductivity of steels. Besides, the α-Fe3C interfaces that act as a physical barrier for dislocation slip in ferrite, affecting as well the main free-path for conductive electrons and magnetic domain walls displacements within the material. Conductivity and permeability increased in the order of martensite, sorbite, pearlite, proeutectoid ferrite-pearlite, spheroidite, and ferrite microstructures. Also, the electrical and magnetic behavior of fully pearlitic steels was observed to depend on the deformation resulted from the cold-drawing and in-service application where fatigue may occur. Low-cycle fatigue experiments have pointed out that the resistance can be managed by relevant thermo-mechanical treatments. The potentiality of ECT was highlighted as a characterization tool of the microstructural state and mechanical properties of steel wires during manufacturing processes or in-service environment. Finally, this technique has been shown to be useful for monitoring cyclic elastic deformation and plastic accommodation of pearlitic steels responding to fatigue-loading conditions

Les aciers bas carbone micro-alliés constituent aujourd'hui une classe de matériaux métalliques à forte potentialité en raison de la simplicité de leur procédé d'élaboration et de leurs caractéristiques mécaniques intéressantes. Notamment, ces aciers possèdent des résistances mécaniques élevées couplées à une bonne résilience et à une basse température de transition ductile/fragile. Notre étude a consisté en une caractérisation présentant deux volets : - le volet microstructural abordé par les moyens des microscopies optique, à balayage et transmission et les moyens micro-analytiques ; -le volet mécanique à partir d'essais conventionnels (essai de traction, essai Charpy, essai BDWTT, nanodureté). La finalité du travail était d'appréhender la corrélation entre les états microstructuraux complexes du type « bainitique » avec les caractéristiques mécaniques. La mixité de la variante bainitique bill avec une martensite revenue, assure le meilleur compromis entre les exigences imposées par les conditions en service. Cependant, ce compromis n'est accessible qu'avec l'apport des espèces micro-alliées qui, initiant une précipitation sous forme de carbonitrures, contribuent à affiner les grains de l'acier, condition indispensable à l'obtention de bonnes propriétés
Low carbon micro-alloyed steels produce today a lot of metallic materials having high level of potentialities because of the possibility to use an elaboration processing more economic in association with interesting mechanical properties. Especially ' such steels have high mechanical strength coupled with a high toughness and a low brittle/ductile transition temperature. Our study has consisted in approach of characterization at two levels: - First one is a micro structural characterization by using of optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and microanalysis devices. - the second corresponds to a mechanical testing investigation such as tensile test, Charpy-V or U-notched test, BDWTT test, nano-hardness. The finality of these investigations has to carry out the correlation between the varied types of “bainitic” microstructures and the mechanical properties. The mixing of the bill type bainite and the tempered martensite provides the better compromise between the requirements asked for applications. However, this compromise is accessible only with the contribution of the micro-alloyed elements, which originate a precipitation under the form of the carbonitrides. These last contribute to the grain refinement in steels. This condition is absolutely necessary in order to have a high level of mechanical properties

Le refroidissement accéléré doux après laminage est un procédé qui permet d'accroître les caractéristiques mécaniques des aciers, en modifiant leur état structural. Cette étude se propose donc d'analyser les effets de la vitesse de refroidissement (vr) et de la température de fin de refroidissement accéléré (tfr) sur les évolutions microstructurales et mécaniques de trois nuances d'aciers microalliés au titane, a 0,1% c et 1,5% mn, se distinguant par une addition de nickel ou de nickel + niobium. Le refroidissement accéléré présente un double avantage. Il permet soit d'augmenter la résistance des aciers sans dégradation des propriétés de résilience, soit d'assurer un niveau de propriétés donne en dépit d'une réduction de la teneur en éléments d'alliage. A cet égard, l'addition de nickel n'est pas toujours nécessaire puisque la limite d'élasticité de l'acier sans nickel devient égale à celle de l'acier allie au nickel lorsque le refroidissement accéléré est conduit à des tfr inférieures à 350°C. Au contraire, le bénéfice d'une addition de niobium est démontré quelles que soient les conditions de refroidissement puisque l'acier microallié au niobium présente généralement un compromis résistance/résilience nettement supérieur à ceux des nuances non microalliées. Cette étude montre par ailleurs que si le refroidissement accéléré est conduit à des tfr inférieures à 350°C, la ténacité des aciers peut être dégradée si la vitesse de refroidissement n'est pas suffisamment élevée. Ces variations de propriétés mécaniques avec l'augmentation de la sévérité du refroidissement résultent des modifications microstructurales qui peuvent se résumer de la façon suivante: réduction de la taille des grains de la matrice ferrito-bainitique, et homogénéisation de la dispersion et augmentation de la trempabilité des secondes phases.

L'évolution des caractéristiques mécaniques au cours de traitements de vieillissement de longue durée entre 400 et 625°C ainsi que le comportement en fluage à 500 et 550°C de l'acier ferritique Z 10 CD Nb V 9-2 (commercialisé sous l'appellation EM 12) sont essentiellement régis par la précipitation d'une phase riche en Fe, Cr, Mo et par l'appauvrissement en molybdène de la solution solide qui résulte de cette précipitation. Cette phase intermétallique n'est identique à aucune phase connue jusqu’ici.

Ce travail porte sur la synthèse ainsi que la caractérisation physico-chimique et mécanique de revêtements métalliques et céramiques, obtenus par pulvérisation cathodique magnétron d'une cible métallique d'acier inoxydable austénitique dans des plasmas réactifs argon-azote, argon-méthane ou argon-oxygène. Les solutions solides métastables sursaturées en azote, carbone ou oxygène ainsi que le composé céramique de type oxyde (Fe, Cr, Ni)₃ O₄ avec leurs différentes variétés cristallines ou amorphes sont étudiés par les principales techniques d'analyse structurale par diffraction et méthodes physiques d'analyse chimique. La seconde partie de l'étude est consacrée à la caractérisation mécanique complète à la fois des différents revêtements et des composites (dépôt + substrat). Dans un premier temps, les propriétés intrinsèques des couches sont étudiées et reliées aux paramètres d'élaboration ainsi qu'aux propriétés structurales et microstructurales. La mise en oeuvre des tests d'indentation Vickers sous forte charge, de rayure monopasse et multipasses, permet ensuite de définir le caractère fragile ou ductile des couches dont dépend le comportement tribologique du composite (frottement, usure)
This work deals with the synthesis, the physico-chemical and mechanical caracterisation of coatings obtained by cathodic magnetron sputtering of a metallic austenitic stainless steel target in different argon - reactive gas (nitrogen, methan or oxygen) mixtures. The metastable solid solutions which are nitrogen, carbon or oxygen supersatured, as weIl as the ceramic compound of oxide type (Fe, Cr, Ni)₃O₄, with their different crystalline or amorphous structures are studied by means of the main diffraction techniques of structural analysis and physical methods of chemical analysis. The second part of this work aims to point out the complete mechanical properties of the different coatings and composite (coating + substrat). The intrinsic properties of the different coatings were first studied in relation with the elaboration parameters and structural properties. Vickers indentation as well as single pass and triboscopic multipass scratch testing were then performed on the three type of N, C, 0 doped coatings, in order to establish a relation between the brittleness or ductility and the tribological behaviour (friction, wear)

Les aciers perlitiques pourraient apparaître comme une microstructure simple, de composition eutectoïde contenant deux phases (cémentite et ferrite) arrangées en lamelles. Cependant, ils présentent une microstructure hiérarchisée, composée de nodules de même cristallographie semblables à des grains. Ces nodules comprennent des colonies formées de lamelles parallèles de ferrite et de cémentite à l'échelle nanométrique. Dès lors, les aciers perlitiques offrent une résistance et une ductilité élevées à un coût raisonnable, en accord avec les applications telles que câbles de pont, ressorts… Bien que les aciers perlitiques soient connus et largement étudiés depuis plus de 150 ans, il pourrait paraître provoquant de proposer de nos jours des voies d’amélioration de leurs propriétés mécaniques.Cependant, certaines options n'ont pas encore été envisagées comme le gradient microstructural ou le contrôle des morphologies de la perlite. Le concept de gradient microstructural a été largement exploré pour des microstructures simples d’aciers (ferritique ou austénitique),mais sa transposition vers les aciers perlitiques est plus compliquée. Ce travail de thèse vise à étudier la faisabilité de produire un gradient microstructural dans des aciers perlitiques et de contrôler la morphologie de la perlite. Il repose sur la compréhension des mécanismes métallurgiques impliqués et l'impact sur les propriétés mécaniques, en particulier la fatigue, compte tenu de l'application finale de ce matériau. Le contrôle de la microstructure et du gradient est basé sur la transformation de l'austénite en perlite et, par conséquent, tous les paramètres pouvant influencer cette transformation doivent être étudiés. Cela comprend des paramètres de traitement thermique (vitesse de chauffage, vitesse de refroidissement, mode de refroidissement, température de transformation) et des matériaux (espacement interlamellaire entre ferrite et cémentite initial, état de déformation de la perlite). L'espacement interlamellaire, connu pour contrôler les propriétés mécaniques des aciers perlitiques, varie avec la température de transformation, donnant lieu à une perlite grossière et fine lors qu'elle est transformée à températures élevée ou basse, respectivement. Nous montrons qu’il est possible de créer un gradient microstructural d'espacement interlamellaire mais ce gradient est limité par le diamètre du fil. A partir d’essais utilisant un dilatomètre, ces gradients ont été obtenus avec succès dans des fils de diamètre 6 et 12 mm. Ces fils à gradient microstructural ont ensuite été tréfilés et les propriétés mécaniques avant et après tréfilage ont été comparées afin de s'assurer que les gradients formés lors du traitement thermique sur des fils de diamètre 6 mm sont toujours présents sur les fils de diamètre final 2,25 mm. La morphologie de la perlite a également été modifiée par la maîtrise des traitements thermiques utilisant un refroidissement continu et isotherme. Des perlites divorcées, connectées et bien alignées de même distance interlamellaire ont été produites. Il s'avère que la morphologie de la perlite dans des échantillons monolithiques a un impact plus important sur la plasticité cyclique que la présence d'un gradient. Les résultats obtenus dans ce doctorat ont donné lieu à discuter de la transformation perlitique lors d’un refroidissement continu et isotherme, des mécanismes contrôlant la morphologie de la perlite (surtout divorcée ou lamellaire), des phénomènes métallurgiques se produisant lors du chauffage (recristallisation,restauration et sphéroïdisation), ainsi que des mécanismes de plasticité de la perlite. Enfin, la possibilité de réaliser des gradients microstructuraux avec les moyens de refroidissement utilisés sur des lignes de tréfilage et de traitements thermiques a aussi été étudiée.L’obtention de gradients par des technologies de refroidissement alternatives autre que le plomb est un réel succès compte tenu des contraintes environnementales
: Pearlitic steels could appear to be a simple and classic microstructure, with a rather simple eutectoid composition containing twophases (cementite and ferrite) in a lamellar distribution. However, they feature a hierarchical microstructure, which is composed of nodulesthat present the same crystallography and are grain-equivalent, then the nodules comprise the colonies that contain the parallel ferrite andcementite lamellas at a nanometric scale. As a result, pearlitic steels offer high strength and ductility at a reasonable cost, which fits verywell for various structural and reinforcement applications, e.g., steel core, bridge cables, wire ropes, springs…Although pearlitic steels areknown and vastly studied for over 150 years, it could appear outrageous to still propose manners of improving their mechanical properties.However, some options have not yet been considered such as the microstructural gradient or the control of the pearlite morphologies. Themicrostructural gradient concept has been widely explored in simple microstructure in steels, such as ferrite or austenite, but it is morecomplicated to export it in the pearlitic steel. The present Ph.D. aims to investigate the feasibility of producing a microstructural gradient infully pearlitic steels and of controlling the pearlite morphology. It is sought the understanding of the involved metallurgical mechanisms andthe impact on the mechanical properties, especially fatigue, considering the final application of this material. The control of themicrostructure and the gradient is based on the transformation of austenite into pearlite and, therefore, all the parameters that couldinfluence this transformation must be studied. It includes heat treatment parameters (heating rates, cooling rates, cooling modes,temperature of transformation…) and materials ones (initial interlamellar spacing, deformation state of pearlite…). The spacing between theferrite and cementite lamella, known to govern the mechanical properties of pearlitic steels, varies with the transformation temperature,which results in coarse and fine pearlite when transformed at high or low temperatures, respectively. It is found that a microstructuralgradient of interlamellar spacing is possible to be formed but is limited by the rod diameter. Using the dilatometer, it was successfullyprocessed in a 6 and 12 mm diameter rod. The gradient-containing wires were then drawn and the mechanical properties before and afterdrawing are compared to assure that the gradients formed during the heat treatment of the 6 mm diameter wires are still present on the2.25 mm final diameter wires. The morphology of pearlite has also been modified by control of heat treatments using continuous andisotherm cooling. Divorced, connected and well-aligned perfect pearlites with the same interlamellar distance have been processed. It turnsout that the morphology of the monolithic pearlite specimen has a higher impact on cyclic plasticity than the presence of a gradient. Theresults obtained in this Ph.D. gave rise to discussions on the pearlitic transformation under continuous and isotherm cooling, on themechanisms controlling the morphology of pearlite (mostly divorced or lamellar), on the phenomena happening during heating,(recrystallization, recovery, and spheroidization), and also on the mechanisms of plasticity of pearlite. Finally, the feasibility of the productionof the gradients by real cooling technologies is assessed by transforming the wires in a pilot line. It is of most interest that the gradients areproduced by alternative cooling technologies since the lead patenting technique is not the most environmentally friendly, although the mostwidely used

L’objectif de cette thèse est de comprendre et modéliser, sur des bases physiques, les phénomènes métallurgiques et mécaniques induisant des changements de textures cristallographiques. Des caractérisations microscopiques et texturales sont menées sur un acier IF au cours de son procédé d’élaboration : à l’état de tôle à chaud, puis de tôle à froid et enfin après recristallisation. La caractérisation des hétérogénéités de déformation tout comme la modélisation a été réalisée à différentes échelles. Les paramètres extraits de la caractérisation expérimentale, ont permis d’estimer la fragmentation qui a lieu dans certaines orientations. Ces résultats s’accordent avec l’estimation de l’énergie stockée par DRX avec, en moyenne deux fois plus d’énergie dans les grains de la fibre γ après de fortes réductions mais peu de différences avant. Une hiérarchie de la fragmentation F est proposée telle que F{100}<110> < F{112}<110> < F{111}<110> < F{111}<112> < F{554}<225>
The aim of this study is to understand and to model, on physical bases, metallurgical and mechanical phenomena that induce changes in crystallographic textures. Microscopic and textural characterizations have been performed on an IF steel during its industrial process: in the hot band state, then after cold rolling and finally after recrystallisation. Deformation heterogeneities characterization like the modeling has been realized at different scales. The parameters extracted from experimental work, allow an estimation of the fragmentation that occurs in some specific crystallographic orientations. These results are in accordance with the stored energy estimation realized by XRD with, in average, two times more energy in the γ-fibre grains than in the α-fibre grains after high cold-rolling levels, but with low differences for low thickness reductions. A hierarchy of the fragmentation F is proposed such as F{100}<110> < F{112}<110> < F{111}<110> < F{111}<112> < F{554}<225>

Nous avons étudié le comportement structural d'un alliage inoxydable martensitique de composition : Fe-11,7 Cr-9,2 Ni-1,99 Mo-0,71 A1-0,34 Ti en fonction de différents cycles thermiques appliqués dans l'intervalle des températures comprises entre -160 et 1150°C. La cinétique de la transformation austénitique, ainsi que la fraction volumique d'austénite de réversion conservée à l'ambiante -lors de traitements isochrones ou isothermes- ont été caractérisées en fonction des conditions de traitement. L'étude du comportement de l'alliage au cours de revenus isothermes, a montré que cet alliage se durcit en trois stades, impliquant la formation de précipités différents ou d'amas avant que n'interviennent les phénomènes de survieillissement et la formation de l'austénite de réversion. Finalement, pour obtenir des propriétés mécaniques (Rm et R 0,002) intéressantes ainsi qu'une amélioration de A % et KCV' il s'est révélé souhaitable de procéder à des traitements de revenu à des températures comprises entre 525 et 550°C, pour lesquelles le gain de ductilité et de résilience est obtenu au détriment d'une légère diminution des caractéristiques de résistance
We have studied the structural behavior of a stainless steel capable of age hardening, with a very low carbon content. The martensitic alloy concerned by this research has the following composition : Fe-11. 7 Cr-9. 2 Ni-1. 99 Mo-0. 71 Al-0. 34Ti. The thermal treatments have been undertaken in the temperature range of -160°C and 1150°C. The kinetics of the austenitic transformation and the volumic fraction of reversed austenite stabilizes at ambient temperature have been caracterized as a function of the treatment conditions (isothermal and/or isochronal). During isothermal tempering three stages of hardening may occure before the overaging phenomenon and the formation of reversed austenite. Finally, interesting mechanical properties (Rm and R0. 002) and the improvement of A % and KCV for this alloy, can be obtained when the tempering is performed in the range of 525-550°C, the increase in ductility and toughness being obtained to the detriment of a small decrease in mechanical proof