Caractérisation et modélisation de la séquence de précipitation des carbures au cours du traitement thermique d’aciers martensitiques alliés

Abstract

Les aciers martensitiques revenus à 5% de chrome, principalement utilisés pour les outillages de forge et de fonderie sous pression présentent des durées de vie limitées en raison des sollicitations thermomécaniques sévères en service. La tenue en service à haute température est directement liée à la stabilité des carbures alliés de taille nanométrique qui se forment audelà de 450°C au cours du revenu. L’étude vise à caractériser les carbures alliés dès les premiers stades du revenu et de déterminer de quelle façon la séquence de précipitation est modifiée. En ce sens, des éléments carburigènes (V, Mo) ou influençant la précipitation (Ni, Co) ont été ajoutés pour modifier la précipitation d’un acier de référence à 5% de chrome notamment à des températures voisines du pic de durcissement secondaire. La caractérisation des carbures formés au cours du traitement thermique a été effectuée à l’aide de techniques de pointe complémentaires telles que la microscopie en transmission, la diffraction des rayons X, la diffusion de neutrons aux petits angles et la sonde atomique tomographique. Ces techniques ont permis d’accéder aux paramètres pertinents de la microstructure que sont la distribution de taille, la chimie et la fraction volumique des carbures alliés. La dissolution des carbures de fer de type M3C est responsable de la précipitation des carbures de chrome de type M7C3 au cours du revenu. L’ajout de nickel, molybdène ou vanadium favorise la précipitation des carbures alliés au pic de durcissement secondaire. Afin de pouvoir systématiser les études sur la compréhension des mécanismes de la précipitation et de l’influence des éléments d’alliages sur ces mécanismes, il est nécessaire d’utiliser des outils de modélisation, permettant ainsi de connaître les séquences de précipitation. La simulation thermocinétique a été réalisée à l’aide du logiciel MatCalc développé à l’université de Graz (Autriche). Une étude de sensibilité des paramètres d’entrées du modèle a été réalisée afin de mettre en évidence les paramètres qui peuvent être déterminés expérimentalement avec suffisamment de précision (tailles de grains et de lattes) et les paramètres ajustables qu’il est difficile de mesurer expérimentalement (densité de dislocations et énergies d’interface carbure/matrice). La séquence de précipitation au cours du traitement thermique d’aciers à 5% de chrome a été simulée avec des écarts entre les fractions volumiques expérimentales et simulées n’excédant pas un facteur 2.