Amélioration des propriétés physiques et mécaniques d'aciers TWIP FeMnXc : influence de la solution solide, durcissement par précipitation et effet composite

par Alexis Dumay

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux

Sous la direction de Alain Jacques.

Soutenue le 21-03-2008

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux , en partenariat avec Laboratoire de physique des matériaux (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Gérard Michot.

Le jury était composé de Alain Jacques, Gérard Michot, Jean-Hubert Schmitt, Joël Douin, Sébastien Allain, Jean-Philippe Chateau, Pascal Jacques.

Les rapporteurs étaient Jean-Hubert Schmitt, Joël Douin.


  • Résumé

    Les aciers TWIP se déforment par maclage et par glissement de dislocations, avec pour conséquence de forts taux d’écrouissage. Les mécanismes de déformation sont contrôlés par l’énergie de faute d’empilement (EFE). Un modèle de prévision de l’EFE et une régression de TNéel (transition antiferro/paramagnétique) de l’austénite sont proposés pour les systèmes FeMnXC (X = Cu, Cr, Al, Si et Ti). Les nuances FeMnCuC étudiées ont une EFE plus faible que la nuance de référence Fe22Mn0,6C. La formation de martensite [epsilon]?se substitue au maclage, sans dégradation des caractéristiques mécaniques en traction. La contrainte d'écoulement diminue avec la teneur en carbone et la formation de martensite [alpha]' aux plus basses EFE réduit l'allongement à rupture. La substitution d'une partie du manganèse par du cuivre permet un gain de 20% sur le module d'Young à température ambiante, en abaissant TNéel en dessous de 0ºC. La précipitation intragranulaire de carbures de vanadium augmente la limite d’élasticité mais n’influence pas le taux d’écrouissage. Aucune interaction entre précipités et macles n'a été observée en microscopie. Les calculs de cohérence et les mesures au MET montrent que les carbures ont une relation d'orientation avec l'austénite et sont semi-cohérents avec une faible cohérence résiduelle. Les contraintes induites ne semblent pas suffisantes pour piéger de grandes quantités d'hydrogène. Les alliages FeMnC + TiC présentent un fort durcissement par effet composite en début de déformation, tandis que l'écrouissage par effet TWIP n'est pas modifié par la présence des particules TiC. Cependant, le clivage des précipités primaires de grande taille réduit l'allongement à rupture

  • Titre traduit

    Improvement of the physical and mechanical properties of FeMnXc TWIP steels : influence of the solid solution, precipitation hardenig and composition effect


  • Résumé

    TWIP steels deformation occurs by twinning and by dislocations gliding which leads to high a strain hardening. The deformation mechanisms are controlled by the stacking fault energy (SFE). A model for the prediction of the SFE and a law for TNéel (antiferro to paramagnetic transition) for austenite are proposed in FeMnXC systems (X = Cu, Cr, Al, Si et Ti). The studied FeMnCuC grades have a lower SFE than the Fe22Mn0,6C reference. The formation of [epsilon]-martensite replaces twinning without any deterioration of the mechanical properties. The flow stress decreases with the carbon content and the formation of [alpha]'-martensite at the lowest SFEs reduces the elongation to fracture. Substituting a part of the manganese content by copper leads to a 20% increase of the Young's Modulus at room temperature by decreasing TNéel below 0ºC. The precipitation of intragranular vanadium carbide increases the yield stress but does not influence the strain hardening rate. No interaction between precipitates and twins has been observed by microscopy. The coherency calculations and the TEM observations show that the carbides have an orientation relation with the austenite and are semi-coherent with a low residual coherency. The resulting stresses do not seem to be high enough to trap large quantities of hydrogen. The FeMnC + TiC alloys exhibit a strong hardening by composite effect at the beginning of deformation, while the strain hardening due to TWIP effect is not modified by the presence of the TiC particles. Meanwhile, cleavage occurs in the largest primary precipitates, which reduces the elongation to fracture


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