Etude des transformations de phases dans le revêtement Al-Si lors d'un recuit d'austénitisation

Study of phase transformations in the Al-Si coating during the austenitization step

• Auteur / Autrice : Raisa Grigorieva
• Direction : Abdelkrim Redjaïmia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux et métallurgie
• Date : Soutenance le 05/05/2010
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Sabine Denis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelkrim Redjaïmia, Sabine Denis, Dominique Mangelinck, Jean-Michel Mataigne, Pascal Drillet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Fraczkiewicz, Dominique Mangelinck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement thermique

Acier

Mots clés libres

Revêtement Al-Si

Transformation de phases

Chemins réactionnels

Al-Si coating

Phase transformation

Reaction paths

Résumé

De nos jours on utilise de plus en plus les aciers pré-revêtus dédiés aux applications pour emboutissage à chaud afin de protéger la surface de l’acier contre la décarburation et l’oxydation durant le traitement thermique. Le revêtement est déposé à chaud en continu par immersion de la bande d’acier dans un bain d’Al-Si. Pendant l’austénitisation le revêtement Al-Si se transforme par réactions d’inter-diffusion et de solidification. Ces réactions conditionnent la microstructure finale et en particulier la surface du revêtement, responsable des propriétés d’emploi telles que le soudage par point et l’adhérence peinture.A l’état de livraison le revêtement Al-Si contient les phases suivantes : des grains d’Al, l’eutectique ternaire Al-Fe-Si, une couche intermétallique ternaire Al-Fe-Si et une couche intermétallique binaire Al-Fe. Après austénitisation les phases se transforment en deux types d’intermétalliques : intermétalliques ternaires riches en Si et intermétalliques binaires pauvre en Si.Durant cette étude une identification complète des différentes phases a été établie. Les phases initialement riches en Si se transforment en phases fusibles par réactions eutectique ou péritectique. La présence de phase liquide accélère la diffusion locale de fer permettant aux phases riches en Si de garder leur contenu en Si pendant tout le traitement thermique. C’est la diffusion du fer qui stabilise les gradients en Si dans le revêtement, malgré les lois de diffusion classiques. En utilisant le diagramme de phases ternaire il a été démontré comment l’enrichissement en fer s’établit dans le revêtement tout en gardant l’équilibre aux interfaces entre les phases riches et pauvres en Si

Nowadays more and more pre-coated steels are applied in hot-stamping process to prevent the steel surface against iron oxidation and decarburization during the heat-treatment. The coating is deposited by hot-dipping the coil in an Al-Si bath. During the austenitization, the Al-Si coating transforms completely by inter-diffusion and solidification reactions, which define the final microstructure and particularly the top layer responsible for the in-use properties like spot welding and painting adhesion.At the delivery state, the Al-Si coating is a multiphase coating containing the following phases: Al-grains, Al-Fe-Si ternary eutectic phase, an Al-Fe-Si intermetallic layer and a binary Al-Fe interfacial layer. After the heat-treatment, all the phases transform into two types of intermetallic compounds: Si-rich ternary and Si-poor binary compounds.During this study, a complete identification of the different intermetallic phases has been conducted. Initial ternary Al-Fe-Si phases transform into fusible phases by eutectic or peritectic reaction. The presence of liquid state enables rapid local iron diffusion which allows to the Si-rich phases to keep their high Si content during the whole treatment. So the iron diffusion stabilizes the Si gradients in the coating despite the classical diffusion laws. Using the ternary phase diagram it was shown how iron enrichment in the coating proceeds by keeping thermodynamical equilibrium along the interfaces between Si-rich ternary and Si-poor binary phases. A phenomenological model of phase transformations explaining the formation of differente coating microstructures during the austenitization step is proposed