Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Durcissement structural : Aciers martensitiques

Microstructure et mécanismes de déformation d’aciers martensitiques de nouvelle génération

Participants : Armand Coujou, Joël Douin, Florence-Pettinari-Sturmel, Vanessa Vidal

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(a) Image STEM dans l’acier ML1014. (b) Spectre EELS obtenu au point 1 (dans un carbure : présence importante du pic de Cr) et au point 2 (au sein de la matrice de Fer)
© CEMES-CNRS

Ce sujet de recherche est adossé au programme AMARAGE financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), qui vise à développer de nouveaux aciers à haute performance mécanique, en partenariat avec le groupe Aubert & Duval. En réponse à des besoins d’allégement, d’économie d’énergie et d’émission de CO2, l’aéronautique demande des aciers dotés de caractéristiques mécaniques supérieures à celles des aciers actuellement utilisés pour la fabrication des arbres de turbine des turboréacteurs. À et effet, une double précipitation nanométrique de carbures et de phase intermétallique a été développée par les industriels.

Pour l’instant, aucune recherche fondamentale n’a réellement été menée dans ce domaine.

 

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Image MEHR d’un carbure nanométrique (a) ; Cartographie des champs de déformation autour du carbure ; Image MEHR de plusieurs carbures (c).
© CEMES-CNRS

Dans ce type d’alliage métallique, les propriétés mécaniques sont contrôlées par la microstructure et en particulier le comportement des dislocations lorsqu’elles rencontrent ces obstacles nanométriques. Le développement d’aciers de nouvelle génération passe donc par la compréhension de la précipitation et par l’analyse de l’influence de cette précipitation sur les propriétés mécaniques.

L’interaction dislocation / précipité est au coeur de ce sujet. Elle nécessite une caractérisation précise et complète des nanoprécipités par l’utilisation conjointe de différentes techniques de MET (EELS, MEHR, Imagerie conventionnelle, diffraction). Ces techniques de pointe apportent des données quantitatives sur la taille, la chimie, les relations d’orientation des précipités avec la matrice. L’utilisation de la méthode des phases géométriques permet aussi de déterminer les champs de déformation générés pas les nanoprécipités.

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Interaction dislocations / précipités : évidence de boucle de dislocations autour des nanoprécipités
© CEMES-CNRS

L’analyse des mécanismes qui contrôlent la déformation de ces aciers requiert des observations post mortem sur des échantillons préalablement tractionnés. Par ailleurs, des expériences de traction MET in situ sont menées. Ces dernières permettent d’accéder à un des paramètres crucial du durcissement structural : la résistance du précipité.

 

En résumé, ce sujet consiste en une analyse fondamentale des micro-mécanismes de déformation, sur un matériau complexe à application aéronautique qu’il convient de caractériser avec des nouvelles techniques de pointe. La dislocation est ici utilisée comme une nanosonde pour déterminer les propriétés physiques locales : contrainte interne, champ de contrainte autour des nanoprécipités,... dans le but d’apporter des éléments de compréhension des propriétés macroscopiques.