Cécile RAMPELBERG : Caractérisation et modélisation des transformations de la bainite sans carbure au cours de traitements thermiques isothermes et anisothermes

Résumé :
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.

Composition du jury :
> Rapporteurs :
- Francisca GARCIA CABALLERO, Directrice de recherche, CENIM-CSIC, Madrid, Espagne,
- Mohamed GOUNE, Professeur, Université de Bordeaux, France
> Examinateurs :
- Sabine DENIS, Professeure, Institut Jean Lamour, Nancy, France
- Hugo VAN LANDEGHEM, Chargé de recherche du CNRS, SIMAP, Grenoble, France
> Direction de thèse :
- Sébastien ALLAIN, Directeur de thèse, Professeur, Institut Jean Lamour, Nancy, France,
- Julien DA COSTA TEXEIRA, Co-directeur de thèse, Chargé de recherche du CNRS, Institut Jean Lamour, Nancy, France
> Invités :
- Guillaume GEANDIER, Chargé de recherche du CNRS, Institut Jean Lamour, Nancy, France
- Thomas SOURMAIL, Docteur-Ingénieur, Ascometal (CREAS), Hagondange, France