Evolution microstructurale d'un acier 2.25Cr - 1Mo au cours de l'austénitisation et du revenu : croissance des grains austénitiques, séquence de précipitation des carbures et effets sur les propriétés mécaniques

par Sylvain Dépinoy

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Soutenue le 10-12-2015

à Paris, ENMP , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était André Pineau.

Le jury était composé de Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon, Ernst Kozeschnik, Catherine Tassin, Caroline Toffolon-Masclet.

Les rapporteurs étaient Stéphane Godet, Mohamed Gouné.


  • Résumé

    Ce travail traite de l'optimisation des propriétés en traction et en résilience d'un acier 2.25 Cr – 1 Mo par le contrôle de sa microstructure via des traitements thermiques appropriés. Ainsi, les transformations de phases ayant lieu au cours de l'austénitisation, de la trempe et du revenu doivent être correctement appréhendées. Des observations en microscopies électroniques à balayage et en transmission, ainsi que des analyses par diffraction des rayons X, ont été effectuées afin de caractériser et de modéliser la microstructure de l'acier à chaque étape du traitement thermique. L'évolution de la phase austénitique lors de l'étape d'austénitisation, ainsi que son influence sur la microstructure après trempe, ont été étudiées. La croissance du grain austénitique a été modélisée afin de comprendre ses mécanismes sous-jacents, en particulier le phénomène de croissance limitée observé aux plus basses températures. L'effet des conditions d'austénitisation sur la décomposition de l'austénite ainsi que sur les propriétés mécaniques du matériau après trempe et revenu a été étudié expérimentalement. Une condition d'austénitisation optimale a été déterminée et utilisée pour étudier la précipitation au revenu. La précipitation des carbures a été étudiée pour différents temps et températures de revenu. La séquence de précipitation suivante a ainsi été mise en évidence : la cémentite M3C précipite en premier, suivie des carbures M2C et M7C3 ; les carbures à l'équilibre étant les M23C6. Enfin, l'influence de la précipitation des carbures sur les propriétés mécaniques de l'acier a été étudiée. Les propriétés en traction sont particulièrement sensibles aux conditions de revenu dans le domaine d'étude, alors que les propriétés en résilience restent stables.

  • Titre traduit

    Microstructural evolution of a 2.25Cr - 1 Mo steel during austenitization and temper : austenite grain growth, carbide precipitation sequence and effects on mechanical properties


  • Résumé

    This work aims at optimizing tensile and toughness properties of a 2.25Cr – 1Mo steel by controlling its microstructure through heat treatments. To this aim, phase transformations during austenitization, quenching and tempering have to be understood. Quantitative microstructural analyses were performed by means of SEM, TEM and XRD to characterize and model metallurgical evolution of the steel at each step of the heat treatment. The evolution of austenite during the austenitization stage, and its influence on the resulting as-quenched microstructure were thoroughly investigated. Austenite grain growth was modelled in order to understand its mechanisms, including the limited growth phenomenon observed at lower temperatures. The effect of austenitization conditions on further decomposition of austenite and on mechanical properties after quenching + tempering was experimentally determined. An optimal austenitization condition was selected and applied to study the tempering stage. Carbide precipitation was studied for various tempering temperatures and amounts of time. M3C carbides precipitate first, followed by M2C and M7C3; M23C6 are the equilibrium carbides. The influence of carbide precipitation on mechanical properties was studied. Tensile properties are closely linked to the tempering conditions in the range investigated, while impact toughness remains stable.


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