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" Evolution of the Microstructure of High Strength Steels during Quenching Heat Treatment "
Ben Fredj, Emna
Jahazi, Mohammad
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Latin Dissertation
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| Language of Document
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French
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| Record Number
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1106357
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| Doc. No
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TLpq2386280946
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| Main Entry
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Ben Fredj, Emna
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Jahazi, Mohammad
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| Title & Author
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Evolution of the Microstructure of High Strength Steels during Quenching Heat Treatment\ Ben Fredj, EmnaJahazi, Mohammad
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| College
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Ecole de Technologie Superieure (Canada)
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| Date
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2019
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| student score
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2019
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| Degree
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D.Eng.
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| Page No
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167
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| Abstract
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Les blocs d'acier forgés de fortes dimensions sont largement utilisés pour le moulage par injection de matière plastique, utilisée dans le domaine d’automobile. Les propriétés en service de ces matériaux sont très sensibles aux conditions de processus de production. Le traitement thermique (trempe-revenu) des aciers actuellement utilisés n'était plus assez pour combler les exigences grandissantes de l'industrie du moulage. Les interactions entre la composition chimique, caractéristiques de l’acier, et les multiples paramètres finaux des pièces fabriquées rendent difficile l’obtention des propriétés désirées. Pour le présent travail, le contrôle des paramètres influant le procédé de trempe s'est imposé. En premier lieu, l’effet de la vitesse de chauffage a été investigué. Plus précisément, la cinétique de la formation de l'austénite dans les régions de la surface et du centre d'un lingot forgé de fortes dimensions (3683 mm x 1265mm x 330mm) a été étudiée par dilatométrie à haute résolution. Les microstructures de départ des régions de surface et du centre présentent différentes proportions de bainite et d'austénite résiduelle ainsi que différentes tailles de grains d'austénite primaire. Deux vitesses de chauffage représentant les vitesses de chauffage réelles dans les régions de surface (5 °C/s) et centrale (0,5 °C/s) de blocs forgés de grande taille ont été utilisées. Les courbes dilatométriques n'ont révélé qu'une seule étape de transformation pour la formation d'austénite pour les deux vitesses de chauffage, indépendamment de la taille des grains ou de la proportion des phases. Les paramètres cinétiques de la formation de l'austénite ont été déterminés à partir des données de dilatométrie en utilisant l'équation de Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK). Les coefficients JMAK, n et k, ont été déterminés pour chaque condition de l'acier étudié. Les calculs ont indiqué que la nucléation et la croissance de l'austénite dans la région de la surface ont été accélérées plus de 10000 fois en raison de la taille moyenne des grains d'austénite inférieure d'un quart, de la stabilité de l'austénite initiale retenue et de l'accumulation de carbures grossiers à la surface. En second lieu, la formation de l'austénite maintenue à différentes températures d'austénitisation et sa transformation en martensite et/ou bainite à deux vitesses de refroidissement différentes ont été étudiées. Les vitesses de refroidissement sélectionnées représentent les vitesses de refroidissement réelles des zones de surface et du centre d'un lingot forgé de grande taille pendant le cycle de refroidissement. Nous avons constaté qu'en augmentant la température d'austénitisation de 850 à 950 °C, la martensite devient dominante en surface et sa fraction augmente de 2% à 100% respectivement. D'autre part, bien que la bainite soit dominante au centre mais sa fraction diminue de 87% à 850 °C à 76% à 950 °C. Le calcul de la teneur en carbone d'équilibre de l'austénite à différentes températures d'austénitisation et sa relation avec les résultats expérimentaux a montré que la teneur nominale (0.35 wt%) sera obtenue par austénitisation à 950 °C. De plus, la vitesse de refroidissement en surface est supérieure à la vitesse critique requise pour l'activation de la transformation martensitique. Pour cette raison, la formation de la martensite en surface devient possible par austénitisation à 950 °C. Finalement, l'influence du temps d'austénitisation sur les transformations de phase a été étudiée sur la base des conditions réelles de chauffage et de refroidissement des procédés. Les résultats ont d'abord montré qu'après 5 h de maintien et plus, une microstructure mixte composée de bainite et de martensite n'existe plus. La fraction volumique de la martensite augmente entre 0,5 à 12 h de temps de maintien en surface, puis diminue pendant 24 h de temps de maintien. La fraction volumique de l'austénite retenue diminue en surface et la valeur minimale est atteinte à 12 h puis recommence à augmenter. Par conséquent, un temps de maintien de 12 h conviendrait à un temps d'austénitisation à 900 °C pour une région de surface avec moins d'austénite retenue. Pour la région centrale, la fraction volumique de la bainite diminue et la fraction volumique de l'austénite augmente continuellement. Cependant, la teneur en carbone de la martensite et de la bainite devient presque similaire, soit autour de 0,4 % en poids. Donc, on a moins de distorsion due aux différentes transformations en phase solide au centre et en surface. Les valeurs de dureté restent constantes pour les deux régions après 5 h. La différence de valeurs entre la surface (614 HV) et le centre (438 HV) est due à la taille du grain et à la teneur en carbone. L'étude cinétique de la transformation bainitique pour différents temps d'austénitisation a montré que pour un temps de maintien de 12 h et plus, le site de nucléation et le taux de croissance ne changent pas significativement et peuvent donc être ignorés.
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| Subject
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Aerospace engineering
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Industrial engineering
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Mechanical engineering
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