Ségrégation interfaciale dans les métaux en cours de déformation à chaud : cas du nickel-soufre

par Marion Bousteau-Allart

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Métallurgie

Sous la direction de René Le Gall et de Frédéric Christien.

Soutenue en 2012

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous avons cherché à caractériser la ségrégation intergranulaire dans les métaux en cours de recuit et de déformation à chaud, dans le système modèle nickel – soufre. Deux méthodes de quantification ont été utilisées : la spectrométrie d'électrons Auger et l'analyse par dispersion de longueur d'onde des rayons X (WDX). Cette dernière a été adaptée de façon originale par notre équipe pour la quantification de monocouches sur un substrat. Le tracé de cinétiques de ségrégation en cours de recuit à 550 et 750°C a permis la mesure des coefficients de diffusion du soufre dans le nickel, respectivement de 2,9. 10-14 cm2. S-1 et 2,6. 10-12 cm2. S-1. Par l'étude d'échantillons recuits à différentes températures nous avons obtenu une enthalpie libre de ségrégation de 102 Kj. Mo1-1 et une concentration en soufre dans le joint de grain à saturation de 63,5 ng. Cm-2. Nous avons également étudié l'influence de la température (450 et 550°C) et de la vitesse de déformation (3,9. 10-5 s-1 et 3,8. 10-4 s-1) sur la ségrégation intergranulaire. En cours de compression, nous obtenons une cinétique jusqu'à 150 000 fois plus rapide que lors d'un recuit d'équilibre. Décupler la vitesse de déformation ne modifie pas l'évolution de la ségrégation en fonction de la déformation mais multiplie par 6,5. Enfin, dans les domaines étudiés, la vitesse de ségrégation est quasiment indépendante de la température. Un modèle calculant la concentration en lacunes en cours de déformation pour en déduire la diffusion du soufre permet de reproduire correctement nos mesures de ségrégation. Le phénomène de ségrégation intergranulaire accélérée du soufre dans le nickel en cours de déformation à chaud semble donc attribuable à la présence de lacunes en sursaturation.

  • Titre traduit

    Interfacial segregation in metals during hot deformation : case of the nickel –sulfur system


  • Résumé

    Equilibrium grain boundary segregation in metals has been widely studied, but not the non-equilibrium one. In this study, we aimed to characterize the segregation during annealing and during hot deformation in the nickel – sulphur system. Two different methods of quantification were used : Auger electron spectroscopy and wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDS). The latter was orignally adapted by our research group to the quantification of monolayers on a substrate. The diffusion coefficient of sulphur in nickel was measured at 550°C and 750° and we obtained respectively 2,9 10-14 cm2. S-1 and 2,6 10-12 cm2. S-1. Measurements on samples annealed at different temperatures led to a free energy of segregation of 102. Kj. Mol-1 and a concentration of sulphur in the grain boundary of 63,5 ng. Cm-2 when satured. We also investigated the influence of the temperature (450 and 550°C) and the deformation rate (3. 9 10-5 s-1 and 3. 8 10-4 s-1) on the interface segregation. During hot compression, we obtained a segregation up to 150 000 times faster compared to simple annealing at the same temperature. Multiplying the deformation rate by ten leads to a similar deformation-dependence of the segregation but a time-dependence 6,5 times as fast. In the investigated ranges of temperature and deformation rate, the segregation rate is nearly independent of the temperature. The segregation kinetics during hot deformation was satisfactorily modelled by taking account of the effect of the deformation-induced vacancies on the solute diffusion coefficient. The phenomenon of accelerated sulphur grain boundary segregation in nickel can then be attributed to the excess vacancies.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (118 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.114-118

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