Academic literature on the topic 'Transformation de phase austénite-Ferrite'

Cette thèse applique l'approche des Quasiparticles (QA) pour étudier les mécanismes à l'échelle atomique qui conduisent à la transformation de phase CFC à CC dans le fer. Dans un premier temps, cette étude se concentre sur le fer pur, fournissant des résulats détaillés sur la nature et le rôle des dislocations à l'interface CFC-CC. Il a été montré que l'interface CFC-CC est semi-cohérente, avec des marches, et contient deux réseaux de dislocations de transformations. L'approche des Quasiparticles a permis de révéler l'influence de la relation d'orientation sur les caractéristiques de l'interface. Bien que les relations d'orientation étudiées ont montré diférentes structures d'interface, il a été démontré que toutes suivent le même chemin de transformation atomique, dû au glissement des dislocations de transformation à l'interface. Il a été conclu que la transformation complète de CFC à CC implique le mécanisme de transformation de Kurdjumov-Sachs (KS) en deux variantes le long des lignes de dislocations, avec le mécanisme de transformation de Kurdjumov-Sachs-Nishiyama (KSN) qui émerge comme la moyenne de l'action des deux mécanismes KS. Cette description détaillée a servi de base pour l'étude des systèmes Fe-C, où la ségrégation du carbone à l'interface a été observée. De plus, il a été montré que les profils de concentration de carbone sont cohérents avec des conditions d'équilibre local à l'interface<br>This thesis applies the Quasiparticle Approach (QA) to investigate the atomic scale mechanisms driving the phase transformation from FCC to BCC structures in iron. Initially, the study focuses on pure iron, providing detailed results into the nature and role of dislocations, at the FCC-BCC interface. It was shown that the FCC-BCC interface is semi-coherent and stepped, with two sets of transformations dislocations at the interface. The QA framework reveals how each orientation relationship (OR) influences the interface characteristics. Although the ORs displayed different interface structures, all were ultimately found to follow the same atomic transformation path, driven by the glide of transformation dislocations at the interface. It was concluded that the complete FCC to BCC phase transformation involves the action of the Kurdjumov-Sachs (KS) transformation mechanism in two variants along the two sets of dislocations, with the Kurdjumov-Sachs-Nishiyama (KSN) mechanism emerging as the average of the two KS mechanisms. This detailed description served as a basis for the study of Fe-C systems, where carbon segregation at the interface was observed. Moreover, it was shown that the carbon concentration profiles were consistent with local equilibrium conditions at the interface

La thèse porte sur la modélisation de la transformation de l'austénite en ferrite dans les aciers en mettant l'accent sur les conditions thermodynamiques et cinétiques aux interfaces alpha/gamma en cours de croissance de la ferrite. Dans une première partie, la thèse se concentre sur la description des équilibres thermodynamiques entre alpha et gamma à l'aide de la méthode CalPhad. Nous avons développé un nouvel algorithme hybride combinant la construction d'une enveloppe convexe avec la méthode classique de Newton-Raphson. Nous montrons ses possibilités pour des aciers ternaire Fe-C-Cr et quaternaire Fe-C-Cr-Mo dans des cas particulièrement difficiles. Dans un second chapitre, un modèle à interface épaisse a été développé. Il permet de prédire l'ensemble du spectre des conditions à l'interface alpha/gamma au cours de la croissance de la ferrite, de l'équilibre complet au paraéquilibre avec des cas intermédiaires des plus intéressants. Nous montrons que de nombreux régimes cinétiques particuliers dans les systèmes Fe-C-X peuvent être prévus avec un minimum de paramètres d'ajustement, principalement le rapport entre les diffusivités de l'élément substitutionnel dans l'interface épaisse et dans le volume d'austénite. Le troisième chapitre porte sur l'étude d'un modèle de champ de phase. Une analyse approfondie des conditions à l'interface données par le modèle est réalisée en utilisant la technique des développements asymptotiques. En utilisant les connaissances fournies par cette analyse, le rôle de la mobilité intrinsèque d'interface sur la cinétique et les régimes de croissance est étudié, à la fois dans le cas simple d'alliages binaires Fe-C et dans le cas plus complexe d'alliages Fe-C-Mn<br>Transformation in steels focusing on the thermodynamic and kinetics conditions at the alpha/gamma interfaces during the ferrite growth. The first chapter deals with the determination of thermodynamic equilibria between alpha and gamma with CalPhad thermodynamic description. We have developed a new hybrid algorithm combining the construction of a convex hull to the more classical Newton-Raphson method to compute two phase equilibria in multicomponent alloys with two sublattices. Its capabilities are demonstrated on ternary Fe-C-Cr and quaternary Fe-C-Cr-Mo steels. In the second chapter, we present a thick interface model aiming to predict the whole spectrum of conditions at an alpha/gamma interface during ferrite growth, from full equilibrium to paraequilibrium with intermediate cases as the most interesting feature. The model, despite its numerous simplifying assumptions to facilitate its numerical implementation, allows to predict some peculiar kinetics in Fe-C-X systems with a minimum of fitting parameters, mainly the ratio between the diffusivities of the substitutional element inside the thick interface and in bulk austenite. The third chapter deals with the phase field model of austenite to ferrite transformation in steels. A thorough analysis on the conditions at the interface has been performed using the technique of matched asymptotic expansions. Special attention is given to clarify the role of the interface mobility on the growth regimes both in simple Fe-C alloys and in more complex Fe-C-Mn alloys

Le travail présenté dans ce manuscrit a pour objectif d'étudier les conditions d'équilibre chimique local près d'une interface en mouvement lors de la transformation austénite ferrite dans un alliage ternaire Fe-C-Mn en cours de transformation. Nous avons modélisé thermocinétiquement le système, pour prédire les taux de ferrite formée en fonction du mode de transformation. Ces résultats ont été comparés à des résultats expérimentaux obtenus par tomographie atomique. Aucun des modes classiques ne permettant de décrire les résultats expérimentaux, nous nous sommes intéressés à un mode hybride, dit CRH, qui décrit mieux la cinétique observée. Nous avons ensuite raffiné ce modèle. Les résultats obtenus montrent un excellent accord avec les résultats expérimentaux. La comparaison des profils de concentration obtenus par tomographie atomique avec ceux du modèle montre encore une fois un accord quasi-parfait, validant ainsi les hypothèses utilisées pour la modélisation.

Non-stoichiometric strontium iron oxide is described by an abbreviated formula SrFeOx (2.5 ≤ x ≤ 3.0) exhibits a variety of interesting physical and chemical properties over a broad range of temperatures and in different gaseous environments. The oxide contains a mixture of iron in the trivalent and the rare tetravalent state. The material at elevated temperature is a mixed oxygen conductor and it, or its derivatives,can have practical applications in oxygen conducting devices such as pressure driven oxygen generators, partial oxidation reactors in electrodes for solid oxide fuel cells (SOFC). ¶ This thesis examines the behaviour of the material at ambient and elevated temperatures using a broad spectrum of solid state experimental techniques such as: x-ray and neutron powder diffraction,thermogravimetric and calorimetric methods,scanning electron microscopy and Mossbauer spectroscopy. Changes in the oxide were induced using conventional thermal treatment in various atmospheres as well as mechanical energy (ball milling). The first experimental chapter examines the formation of the ferrite from a mixture of reactants.It describes the chemical reactions and phase transitions that lead to the formation of the oxide. Ball milling of the reactants prior to annealing was found to eliminate transient phases from the reaction route and to increase the kinetics of the reaction at lower temperatures. Examination of the thermodynamics of iron oxide (hematite) used for the reactions led to a new route of synthesis of the ferrite frommagnetite and strontium carbonate.This chapter also explores the possibility of synthesis of the material at room temperature using ball milling. ¶ The ferrite strongly interacts with the gas phase so its behaviour was studied under different pressures of oxygen and in carbon dioxide.The changes in ferrite composition have an equilibrium character and depend on temperature and oxygen concentration in the atmosphere. Variations of the oxygen content x were described as a function of temperature and oxygen partial pressure, the results were used to plot an equilibrium composition diagram. The heat of oxidation was also measured as a function of temperature and oxygen partial pressure. ¶ Interaction of the ferrite with carbon dioxide below a critical temperature causes decomposition of the material to strontium carbonate and SrFe12O19 . The critical temperature depends on the partial pressure of CO2 and above the critical temperature the carbonate and SrFe12O19 are converted back into the ferrite.The resulting SrFe12O19 is very resistant towards carbonation and the thermal carbonation reaction does not lead to a complete decomposition of SrFeOx to hematite and strontium carbonate. ¶ The thermally induced oxidation and carbonation reactions cease at room temperature due to sluggish kinetics however,they can be carried out at ambient temperature using ball milling.The reaction routes for these processes are different from the thermal routes.The mechanical oxidation induces two or more concurrent reactions which lead to samples containing two or more phases. The mechanical carbonation on the other hand produces an unknown metastable iron carbonate and leads a complete decomposition of the ferrite to strontiumcarbonate and hematite. ¶ Thermally and mechanically oxidized samples were studied using Mossbauer spectroscopy. The author proposes a new interpretation of the Sr4Fe4O11 (x=2.75) and Sr8Fe8O23 (x=2.875)spectra.The interpretation is based on the chemistry of the compounds and provides a simpler explanation of the observed absorption lines.The Mossbauer results froma range of compositions revealed the roomtemperature phase behaviour of the ferrite also examined using x-ray diffraction. ¶ The high-temperature crystal structure of the ferrite was examined using neutron powder diffraction.The measurements were done at temperatures up to 1273K in argon and air atmospheres.The former atmosphere protects Sr2Fe2O5 (x=2.5) against oxidation and the measurements in air allowed variation of the composition of the oxide in the range 2.56 ≤ x ≤ 2.81. Sr2Fe2O5 is an antiferromagnet and undergoes phase transitions to the paramagnetic state at 692K and from the orthorhombic to the cubic structure around 1140K.The oxidized formof the ferrite also undergoes a transition to the high-temperature cubic form.The author proposes a new structural model for the cubic phase based on a unit cell with the Fm3c symmetry. The new model allows a description of the high-temperature cubic form of the ferrite as a solid solution of the composition end members.The results were used to draw a phase diagramfor the SrFeOx system. ¶ The last chapter summarizes the findings and suggests directions for further research.

Le grenaillage de précontrainte est un procédé couramment utilisé dans l’industrie (automobile, aréonautique, …) pour augmenter la durée de vie des pièces mécaniques et de structure : des contraintes de compression sont générées par déformation plastique de la surface. Dans le cas des aciers TRIP (TRansformation Induced Plasticity), qui possèdent une microstructure complexe, l’austénite métastable est susceptible de se transformer en martensite lors du grenaillage. L’état de contraintes obtenu est donc complexe : il résulte de l’effet combiné de la déformation plastique induite par le procédé et de la transformation martensitique qui conduit à une redistribution des contraintes entre l’austénite et la martensite. Ce travail a pour objectif de caractériser expérimentalement l’état mécanique, à l’échelle des phases, de différents aciers TRIP (AISI 301LN, TRIP 780 et 23MnCrMo5) ainsi que leurs fractions de phase respectives après grenaillage et d’en proposer une modélisation par éléments finis pouvant être, à terme, utilisée en bureaux d’études. Le modèle élastoplastique à transformation de phase, développé dans cette thèse, permet de prédire l’évolution des différents champs mécaniques, de manière macroscopique mais également à l’échelle des phases, ainsi que l’évolution de la fraction d’austénite résiduelle<br>Shot-peening is commonly used in mechanical industries to increase life duration of mechanical and structural parts: residual compressive stresses are developed at the sub-surface of the material by plastic stretching of the surface. In the case of TRIP-effect steels (TRansformation Induced Plasticity), the metastable austenite can transform into martensite during shot-peening. The final distribution of stress is then more complex than for “standard steels” as it results from the mechanical strain imposed by the process and the martensitic transformation leading to a stress redistribution between austenite, martensite and the other phases. This work aims to characterize experimentally the mechanical state, at phase scale, of different TRIP steels (AISI 301LN, TRIP 780 and 23MnCrMo5) as well as the fraction of each phase after shot-peening and to propose a numerical model by finite elements which could be used in the future by engineering offices. An elastoplastic model with phase transformation was developed in this thesis which permits to predict the evolution of mechanical variables, macroscopically and at the phase scale, as well as the evolution of austenite volume fraction

Les bainites sans carbure sont des microstructures multiphasées obtenues par décomposition de l'austénite à basse température (généralement entre 450 °C et 200 °C) dans les aciers alliés. Ces microstructures sont très intéressantes en raison de leurs propriétés mécaniques élevées et de leur bonne ténacité, notamment pour les pièces forgées destinées au marché automobile. Grâce à un choix judicieux de leur composition chimique, elles sont constituées d'une fine matrice ferritique sans carbure, d'austénite résiduelle stabilisée par enrichissement en carbone lors de la transformation et de martensite. L'austénite résiduelle peut se transformer en martensite lors de sollicitations mécaniques ultérieures à température ambiante (strain induced transformation). Une des grandes nouveautés de ce travail a été de comprendre les mécanismes de formation de ces microstructures en conditions de refroidissement continu. Ces microstructures ont été étudiées depuis de nombreuses années, mais leurs mécanismes de formation restent un sujet qui continue de diviser la communauté métallurgique, entre approches « diffusive » et « diffusionless ». Le phénomène de transformation incomplète rencontré dans ce processus est l'un des points de discorde.Dans ce travail, nous avons étudié l'évolution des microstructures au cours de différents traitements thermiques (maintiens isothermes, traitements étagés et traitements de refroidissement continu) par Diffraction des Rayons X à Haute Energie (DRXHE) in situ sur ligne de lumière synchrotron. Ces expériences permettent la mesure simultanée de la cinétique de transformation de phase, des paramètres de maille des différentes phases et la détection d'éventuels processus de précipitation des carbures. Sur cette base, des bilans massiques de carbone très précis entre les phases constituant la microstructure ont été établis pour la première fois, ce qui a permis de conclure que la bainite ferritique est encore plus sursaturée en carbone que prévu. Les expériences par traitements étagés et de refroidissement continu ont également prouvé que la transformation bainitique ne respecte pas la règle d'additivité des transformations purement diffusives et est très sensible aux séquences de transformation. Les microstructures après traitements thermiques ont été systématiquement étudiées post mortem par microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Cela a permis d'expliquer les microstructures observées après un refroidissement continu, qui présentent des distributions étendues de taille, de morphologie et de microtexture du fait de leur formation à différentes températures.Un modèle de transformation de phase basé sur l'approche sans diffusion de Van Bohemen (2019) a finalement été développé et calibré sur les données expérimentales disponibles. Ce modèle est non seulement capable de simuler la cinétique de la transformation bainitique le long d'un maintien isotherme et de refroidissements continus, mais aussi les compositions respectives des phases. Les capacités et les limites de la nouvelle approche sont analysées et discutées<br>Carbide-Free Bainites are multiphase microstructures obtained from austenite decomposition at low temperatures (typically between 450 °C and 200 °C) in alloyed steels. These microstructures are very attractive owing to their high mechanical properties and good toughness especially for forged parts dedicated to the automotive market. They are made of a fine ferritic matrix without carbide thanks to a judicious chemical composition, retained austenite stabilized by carbon partitioning during the transformation and martensite. The high fraction of retained austenite may transform in martensite during further mechanical solicitations at room temperature (strain induced transformation). These microstructures have been studied since many years, but their formation mechanisms are still a subject that continues to divide the metallurgy community, between diffuse and diffusionless approaches. The incomplete transformation phenomenon encountered in this process is one of the bones of contention. One of the great novelties of this work was to elucidate the mechanisms of formation of these microstructures in continuous cooling conditions.In this work, we have investigated the evolution of microstructures along different thermal treatments (isothermal holdings, multistep and continuous cooling treatments) by in situ High Energy X-Ray Diffraction (HEXRD) on synchrotron beamlines. Such experiments make possible the simultaneous measurement of phase transformation kinetics, of the lattice parameters of the different phases and the detection of possible carbide precipitation processes. On this basis, very precise carbon mass balances between the constituting phases have been established for the first time leading to the conclusions that the ferritic bainite is even more supersaturated in carbon that expected. The multistep and continuous cooling experiments have also proved that the bainitic transformation doesn’t respect the additivity rule of purely diffusive transformations and is highly sensitive to the transformation sequences. The microstructures after thermal treatments have been systematically studied post mortem by Scanning Electron microscopy (SEM) coupled with Electron Back Scattered Diffraction (EBSD). It has served to explain the observed microstructures after continuous cooling which show large distributions of size, morphology and microtexture as they are formed progressively at different temperatures.A phase transformation model based on the diffusionless-type approach of Van Bohemen (2019) was finally developed and calibrated on available experimental data. This model is not only able to simulate bainite kinetics along isothermal holding and continuous cooling but also the respective compositions of the phases. The capabilities and limits of the new approach are analyzed and discussed