Academic literature on the topic 'Acier – Traitement thermique – Décarburation'

L'étude de la décarburation du fer pur (auquel ont été ajoutées différentes quantités de carbone) dans un mélange gazeux complexe N2, CO, CH4, H2, H20 a été réalisée en utilisant la technique de thermogravimétrie. Les conditions expérimentales (valeur du flux gazeux, épaisseur de l'échantillon) ont été choisies de manière à ce que la vitesse de réaction enregistrée corresponde à la seule étape de transfert de carbone à l'interface solide-gaz. Nous avons pu observer tout d'abord que la vitesse de décarburation augmente avec la température et avec la teneur en eau de l'atmosphère. Cette vitesse est systématiquement plus faible lorsque le solide est monophasé (γ) que lorsqu'il est biphasé (α + γ). La teneur en méthane du mélange gazeux ne semble pas affecter la vitesse de la réaction. Par ailleurs, la détermination de l'énergie d'activation expérimentale montre l'existence de deux domaines cinétiques dépendant de la pression partielle d'eau dans le mélange complexe composés de H2-H20-N2 et CH4-H2-H20-N2. En ce qui concerne les mélanges CO-CH4-H2-H20-N2 et CO-H2-H20-N2 l'énergie d'activation diminue progressivement lorsque la pression de vapeur d'eau dans l'atmosphère diminue. Les résultats montrent que quelle que soit l'atmosphère décarburante utilisée, lorsque la teneur en eau est suffisante, la réaction globale de perte de carbone est contrôlée par l'adsorption dissociative de l'eau sur la surface du fer
The decarburization of low-carbon steel in a complex gas atmosphere (N2, CO, CH4, H2 et H2O) has been studied by thermogravimetric methods. The measurement rates were carried out under conditions (rate of flowing gas, thickness of steel sheet. . . ) such that the rates were not affected by any of the diffusional processes : the interface reactions are rate determining. The results demonstrate that the rate of decarburization increases with temperature of reaction and with water vapor content of the decarburizing gas mixture. The decarburization of y-iron is systematically slower than the decarburization of (α + γ)-iron. Methane content doesn't have any influence on reaction rate. The apparent heat of activation shows two kinetic domains which are function of water vapor content of the complex gas atmosphere. For more than 3 10-4 bar of contents pressure and in complex mixtures compound of H2-H2O-N2 and CH4-H2-H2O-N2, the heat of activation is constant and its value is identical for the one found with y-iron and (α + γ)-iron. This result shows that the step rate controlling is only one wharever the shape of the solid. At low H2O pressure the apparent heat of activation decreases with the water vapor content then the rate of decarburaization of iron must be controlled by several steps. For the complex mixture compound of CO-CH4-H2-H2O-N2 and CO-H2-H2O-N2, the heat of activation decreases with the water vapor content of the decarburization atmosphere. Finally, our results showed that at higher water pressures the global decarburization reaction is controlled by the adsorption-dissociation of water on iron surface

Le travail présenté entre dans le cadre de l'optimisation des conditions de production d'une ligne de fabrication de tôles magnétiques, pour l'amélioration de leurs qualités. L'étude porte sur le traitement de décarburation qui consiste en un recuit de courte durée sous atmosphère d'hydrogène humide. L'amélioration des qualités des tôles peut être obtenue par deux voies complémentaires: l’optimisation des conditions opératoires, qui nécessite la modélisation des phénomènes d'oxydation et de décarburation. Les modèles obtenus doivent être à la fois exploitables au niveau industriel et adaptés au produit local. Pour cela, le procédé pilote a été utilisé. L'augmentation de la maitrise de la ligne. L'instrumentation intensive de la ligne de décarburation permet de connaitre le cycle produit réel. Pour intégrer ces informations à la conduite de la ligne, il faut être capable de déterminer les actionneurs essentiels et leur influence sur le cycle produit réel. Le recueil de données expérimentales sur des procédés industriels complexes pendant leur fonctionnement doit perturber le moins possible le fonctionnement de l'installation tout en obtenant des données suffisantes pour l'établissement des modèles. La méthode des plans d'expériences s'est avérée dans notre cas, le seul recours efficace pour obtenir une précision raisonnable sur les résultats. On a procédé à trois campagnes de mesures. Les deux premières ont été menées sur le procédé industriel. Dans le premier cas, on a obtenu un modèle très satisfaisant liant les températures d'indexation aux températures produit dans les premières zones du four, qui nous a permis de créer un guide operateur. Le deuxième plan d'expériences a permis de mesurer les effets de l'ouverture des torchères sur le profil en hydrogène et en humidité de la nappe gazeuse. Un troisième plan d'expériences a permis de valider le traitement de décarburation réalisé sur le procédé pilote

Ce travail concerne la caractérisation mécanique d'aciers à ressort décarburés. Tout d'abord, nous utilisons l'indentation conventionnelle pour modéliser le profil de dureté établi le long d'une section droite de l'échantillon. La profondeur de décarburation ainsi estimée est ensuite comparée à la valeur déduite d'une loi faisant intervenir un seul paramétre déterminé par un modèle en indentation normale. Pour minimiser le nombre d'essais, nous précisons comment analyser une courbe charge-profondeur, obtenue en indentation instrumentée, pour calculer la dureté Martens sur l'ensemble de la courbe. Pour comparer avec la dureté Vickers, nous avons développé un modèle rhéologique pour décrire le fluage produit par le maintien de 15 s à une charge donnée. L'évolution de la dureté Martens ainsi obtenue montre deux zones, une zone I de dureté constante et une zone II relative à l'effet de taille en indentation. Dans le cas d'échantillons décarburés, la zone I montre une variation de la dureté dont l'ampleur est reliée au niveau de décarburation. A l'aide d'un modèle linéaire, nous calculons une profondeur critique directement proportionnelle à la profondeur de décarburation. Pour un contrôle industriel en continu, nous utilisons les courants de Foucault pour estimer cette profondeur. Enfin, nous étudions l'effet de la décarburation sur les propriétés mécaniques de traction. De nombreuses relations ont été développées pour décrire le domaine plastique. Nous montrons que moyennant quelques précautions d'emploi concernant la déformation considérée, plastique ou totale, il est possible de montrer effet de la décarburation sur le processus de plastification du matériau décarburé.

Au cours de cette étude nous présentons la corrélation existant entre l’évolution de la croissance des grains austénitiques et celle de l’état de précipitation au cours de traitements thermiques d’aciers. Pour cela, nous avons, dans un premier temps, caractérisé l’état de précipitation expérimentalement. Les fractions volumiques précipitées sont mesurées par dissolution électrolytique. La Microscopie Electronique en Transmission (MET) permet d’obtenir les distributions de taille (imagerie HAADF) et la composition chimique des précipités (EDX, EELS pour le carbone et l’azote). Afin de traiter les spectres EELS obtenus sur des carbonitrures complexes du type (V,Nb,Ti)(C,N), nous avons mis en place une approche basée sur la méthode du ‘Least Mean Square Fitting’ (LMSF). Les résultats obtenus par cette routine sont en accord avec ceux obtenus par EDX sur les éléments lourds (Nb,V,Ti,…), ce qui crédibilise les résultats obtenus pour le carbone et l’azote. Dans un second temps, des distributions de taille de grains austénitiques ont été obtenues par observation métallographique après une attaque chimique spécifique (dite de "Bechet-Beaujard"). Dans le cadre de cette étude deux alliages ont été étudiés. (i) Un alliage modèle, le FeVNbCN, présentant des précipités NbCet VCN. La raison du choix de cet alliage est d’étudier l’influence de l’azote sur l’évolution de l’état de précipitation au cours de traitements d’austénitisation. Des modèles thermodynamiques combinés de prédiction des cinétiques de précipitation et de croissance des grains conduisent à des prédictions en bon accord avec les résultats expérimentaux de taille de grains, de tailles de précipités, de composition chimique et de fraction volumique. (ii) Un alliage industriel, le 16MnCr5+Nb a également été étudié. Cet alliage contient des précipités de NbC et de AlN. La corrélation obtenue entre la taille de grains austénitiques et l’évolution de l’état de précipitation montre que la composition chimique des précipités n’entre pas en jeu, mais plus leur taille est petite et plus leur fraction volumique est grande, plus le contrôle des grains par les précipités est efficace. Enfin, nous nous sommes intéressés au phénomène de croissance anormale (lors de traitements thermomécaniques comme ceux réalisés dans l’industrie notamment, la taille de grain austénitique peut croître de façon hétérogène). Ce type de croissance entraîne des instabilités mécaniques indésirables. Nous avons donc développé un modèle de prédiction du risque de croissance anormale pour un état de précipitation donné. Ce modèle présente un très bon accord avec les résultats expérimentaux des deux alliages étudiés
During this study, the correlation between the evolution of the prior austenitic grain size and of the precipitation state during thermal treatment performed on steels is presented. To do this, the precipitation state has been finely characterized. Precipitate volume fractions were measured by plasma spectroscopy. Transmission Electron Microscopy (TEM) was used to determine the precipitate size distributions (HAADF images) and the precipitate chemical composition (EDX, EELS for carbon and nitrogen). In order to treat ELLS spectra obtained on complex carbonitrides (V,Nb,Ti)(C,N), a routine based on the Least Mean square Fitting have been developed. Results obtained with this method are in good agreement with those obtained by EDX analysis for metallic elements (Nb, V, Ti, …). Then, grain size distributions were determined using a special etching called "Bechet-Beaujard", which reveals the prior austenite grain boundaries. Two alloys have been characterized in this study. (i) A model alloy, the FeVNbCN, which presents two precipitate types, NbC and VCN. This alloy was chosen to study the role of nitrogen on the precipitation state during reversion treatments. A model predicting the precipitation kinetics, coupled with a model for grain growth, give a good agreement with experimental results on grain sizes, precipitate sizes and on precipitate volume fraction. (ii) An industrial steel, the 16MnCr5+Nb was also studied. This alloy exhibits the presence of AlN and NbC precipitates. The correlation obtained between the Prior Austenite Grain Size and the evolution of the precipitation state shows that a large volume fraction of small precipitates allows a great pinning of grain boundaries. Finally, during thermo-mechanical treatments performed in the industry, some large grains may grow faster than smaller grains, leading to the so-called abnormal grain growth. This kind of growth can lead to undesirable mechanical instabilities. We have developed a criterium for abnormal grain growth which predicts the risk of such growth for a given precipitation state. This model presents a good agreement with all experimental results for both studied alloys

This study concerns understanding of the ferritic grain growth phenommenon in heat affected zone (HAZ) during the welding of interstitial free steels. Firstly, we have examined in which conditions the grain growth occurs in wedded joints. We have performed thermal simulation test (Dilatometry, Gleeble) in order to reproduce the formation conditions of large grains. We have observed that the large grain in the order of 100 um in HAZ has a very elongated shape as a result of the heat flow and occurs in certain grades of IF steels at a certain distance from the fusion zone slightly over the A temperature Then we have modelled the thermel phenomena during the different welding processes in IF steels and performed an experimental study to verify the proposed mechanism. We have determined the thermal gradient value G (c/mm) as an essential factor for the grain growth phenomenon just as the (austenite ferrite) transformation and then we have explained this phenomenon by means of the proposed model in two stages : nucleation and growth. The growing of these ferrite nucleus depend strongly on the G parameter just as the equations) and also the composition (by transformation temperature Ar3). We have constructed the diagrams allowing to predict the value of G parameter and the corresponding grain size. We have realised the welding limit method show the principal factors allowing to obtain a small ferritic grain size (energy, thickness, transformation, temperature, composition, etc. . . ) and give pratical and simple solutions both of the steel markers and welding shpo. And then, the inetractions between the grain growth phenomenon and precipitation state play an important role and the TiC particles are numerous and suitable to sissolve at the level of the grain growth appearance temperature. At this stage the influence of the precipitation is reinforced by thermal gradient. It may be modified by the composition (changing the transformation temperature) and/or by the welding parameter. Finally, impact tensile tests performed on the welded joints well estimate the fine interest for obtaining the best thoughness value to the fracture
Cette étude vise à comprendre du phénomène de grossissement du grain ferritique dans la zone à gros grain lors du soudage d'aciers sans interstitiels (IF). Nous avons examiné dans quelles conditions se produit le grossissement du grain dans des joints soudés. On a réalisé des essais de simulation thermique (dilatométrie, machine gleeble) afin de reproduire les conditions d'apparition des gros grains. On a constaté que le gros grain de l'ordre de 100 um observé en ZAC a un caractère très orienté en raison de l'écoulement de la chaleur et intervient dans quelques nuances d'aciers IF a une certaine distance du métal fondu correspondant à une température maximale légèrement supérieure à Ac. On a modélisé les phénomènes thermiques lors des différents modes de soudage dans les aciers IF et effectué des essais expérimentaux pour la validation du mécanisme proposé. On a constaté que le facteur essentiel a déterminer est la valeur du gradient thermique g (\c/mm) au moment de la transformation (austeniteferrite). On a alors expliqué ce phenomene dans les aciers if à partir de ce modèle en deux étapes ; germination et croissance. Les possibilités de croissance de ces germes de ferrite dépendent étroitement du paramètre (g) au moment de la transformation. Différents paramètres sont alors evalués en fonctions des conditions de soudage (par l'intermédiaire des équations thermiques) et de la composition chimique (par l'intermédiaire de la température de transformation, a r 3). Des abaques élaborés permettent de prévoir la valeur du paramètre g et la taille de grain résultante. On a construit le diagramme de soudabilite concernant la nuance et les conditions de soudage. Différents diagrammes élaborés à partir d'une approche paramétrique ont mis en evidence les principaux facteurs permettant d'obtenir une réduction de la taille de grain ferritique (l'énergie, l'épaisseur, la température de transformation, la composition, etc. . . ) Qui peuvent donnent des recommandations pratiques et simples au sidérurgiste et au soudeur. - les interactions possibles entre le phénomène de grossissement du grain et la dissolution des précipites ont ete examinées lors des cycles thermiques de soudage. L'état de précipitation initial joue également un rôle important, des carbures de titane sont les plus nombreux precipités et susceptibles de se remettre en solution dans un domaine de temperature correspondant à celui de l'apparition du gros grain. L'effet de la précipitation est d'ailleurs renforcé avec gradient thermique. Il peut etre modifié par la métallurgie (influence de la composition sur les températures de transformation. . . ) Ou les paramètres de soudage. - des essais de traction par choc realisés sur des joints soudés nous ont permis d'apprécier l'interêt des structures fines afin d'obtenir une meilleure résistance à la rupture

Dans le cadre du dimensionnement des pieces mecaniques, l'influence des traitements de superficiels sur la tenue en service de la piece ont ete etudies. Le but de l'etude a ete de fournir un outil de simulation des phenomenes physiques presents lors d'une trempe par induction ainsi que de caracteriser le materiau traite afin de pouvoir integrer facilement la presence du procede dans une demarche de conception et d'allegement des organes. L'ajout d'un module de couplage des phenomenes magnetiques et thermometallurgiques au code sysweld a permis de mettre en oeuvre des simulations predictives de trempe par induction sur des pieces inductrielles. Ces calculs donnent acces a la composition microstructurale ainsiqu'aux contraintes residuelles dans la couche traitee, donnees indispensables pour mettre en oeuvre un calcul de tenue en service. Une methode de caracterisation des proprietes elastoplastiques des couches traitees a ete mise en place. Cette methode met en oeuvre des methodes inverses qui, a partir du comportement d'une eprouvette sous chargement, permettent de remonter aux caracteristiques plastiques dans l'epaisseur de la piece. La determination de la tenue a la fatigue polycyclique des couches traitees a egalement ete abordee. Une methode de caracterisation utilisant la thermofatigue et l'analyse des contraintes residuelles a l'interieur de l'eprouvette a permis de trouver la droite de dang van d'un materiau traite. Des interpretations plus generale relatives aux proprietes de fatigue pour certaines microstructures ont ete avancees. Une filiere de calcul complete a ete mise en oeuvre grace aux etudes precedentes et a ete appliquee a des pieces industrielles.

Modélisation numérique du traitement thermique superficiel d'une pièce en acier ou en fonte par faisceau laser. Dans une première approche le traitement est effectué sur une pièce fixe de géométrie simple. L'objectif est de valider le calcul et de mettre en évidence les paramètres les plus sensibles. Nous abordons ensuite les traitements au défilé d'abord dans le cas d'une géométrie simple puis ensuite dans le cas d'une pièce de forme complexe. L'approche du modèle par éléments finis est validée numériquement ou expérimentalement, les paramètres pertinents sont décrits. Un effort particulier a été apporté pour l'obtention de données fiables particulièrement en ce qui concerne l'absorptivité (rôle d'un revêtement de surface). Le modèle prend en compte une distribution d'énergie quelconque dans le faisceau laser

Les sollicitations auxquelles sont soumises les pièces de pignonnerie automobile, au cours de leur utilisation, conduisent à des exigences structurales spécifiques. Aussi, le traitement thermique doit être optimise de façon à réaliser des couches superficielles dont les caractéristiques métallurgiques et mécaniques assurent une bonne tenue des pièces en service. Dans ce mémoire, nous montrons la possibilité de piloter le refroidissement par pulvérisation pneumatique âpres un chauffage superficiel par induction. Nous étudions d'un point de vue structural et mécanique l'influence de différents types de refroidissement sur la couche affectée thermiquement d'éprouvettes en acier 45m5 et en 20mc5 préalablement cémenté. Pour certains traitements, nous mettons en évidence la formation de structures auto-revenues qui altèrent les caractéristiques des pièces traitées. L'apparition de ces anomalies est comparée aux résultats d'un modèle de calcul de la température superficielle développé dans le cadre de cette étude. Nous proposons et non testons un autre mode de régulation des lois de refroidissement qui améliore la qualité métallurgique des traitements. Enfin, nous mettons en relief les difficultés de la mesure des contraintes résiduelles par diffraction x dans les couches superficielles martensitiques riches en carbone

Les impacts environnementaux dans la production des matériaux métalliques et leurs procédés de transformation sont en augmentation rapide et critique. Ils peuvent être réduits, dans une certaine mesure, par le développement soit d'un matériau de fonction ou par la mise en œuvre d'un nouveau processus de fabrication éco-durable. Dans cette optique, l'émergence récente de fonte " bainitique " (ADI -Austempered Ductile Iron-) peut être considéré comme un saut technologique important répondant à la demande croissante pour les matériaux à hautes caractéristiques mécaniques avec un coût de fabrication maîtrisé. La présente étude traite le développement d'une approche de couplage procédé par l'intégration du processus de coulée, de traitements thermiques et d'usinage de la fonte ductile ADI dans une optique de développement durable. Ce procédé innovant de fabrication de pièces en fonte ADI dit " dans la chaude de coulée " consiste à réaliser les traitements thermiques directement à la suite de la coulée en moule métallique en relation avec l'usinabilité induite. L'analyse des influences des paramètres de ce procédé intégré sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l'ADI a été étudiée expérimentalement. Une approche méthodologique sur la coulabilité de la fonte a été développée, puis validée par simulation. Elle utilise les caractéristiques thermiques du métal en fusion pour corréler l'effet combiné du transfert de chaleur à l'état fondu, à l'interface moule/métal, et pendant l'écoulement au travers des sections critiques du moule afin de prédire les défauts de coulée. Enfin, l'usinage de la fonte ADI est étudié expérimentalement dans le cas du perçage à sec et en micro-lubrification (MQL), en lien avec les caractéristiques microstructurales, les mécanismes d'usure d'outil, de formation des copeaux et de la qualité de surface usinée. L'approche corrélative du couplage procédé visent essentiellement à (i) comprendre l'influence des caractéristiques microstructurales de cette nouvelle fonte ADI sur ses propriétés mécaniques, (ii) démontrer l'influence des caractéristiques thermophysiques sur la coulabilité de la fonte ductile dans un moule permanent, et (iii) mettre en corrélation les paramètres de perçage de cette nouvelle fonte ADI avec sa microstructure et ses paramètres de fabrication
The environmental impacts of material production and processing are rapidly increasing and critical. These impacts can be reduced, to some extent, by development of either a suitable material or by implementing a novel process route to improve the material efficiency. In such circumstances, the recent emergence of near-net shape austempered ductile iron (ADI) can be considered as a significant economic advantage to the increasing industrial demand of cost and weight efficient materials. The present study is thus dedicated to the development of an innovative methodology for austempered ductile iron (ADI) manufacturing considering all production aspects such as melt treatment, casting, heat treatment and machining. The innovative process design advances the integrated approach towards casting and heat treatment practices for ADI production in a permanent mould. It is based on the fundamental correlation between the production conditions and its combined influences on the microstructure and mechanical properties of ADI. Moreover, the present study introduces a correlative thermal methodology approach to understand the castability of ductile iron in a permanent mould for ADI production. The simulation tool correlates the combined influences of thermal characteristics, heat transfer at melt/mould interface, and melt's castability on the final casting quality. Finally, the ecological machining of ADI is introduced by implementing the dry and MQL machining process. The key aspect of the novel ADI machinability was investigated with respect to its microstructural characteristics, tool wear mechanisms, chip formation characteristics and the machined surface's quality. The combined correlative approaches provide the key findings aim to (i) understand the influence of microstructural characteristics of novel ADI on its mechanical properties, (ii) demonstrate the influence of thermal characteristics of melt on the castability of ductile iron in a permanent mould, and (iii) correlating the machining characteristics of ADI with its microstructure and production conditions