évolution des contraintes résiduelles dans la couche de diffusion d’un acier modèle Fe-Cr-C nitruré
Limiter la fatigue et la corrosion des pièces est possible grâce à une nitruration. Des contraintes résiduelles en découlent. Le rôle de la diffusion du carbone sur le développement de ces contraintes a été étudié sur un acier modèle Fe-3%m.Cr-0.35%m.C.
Figure 1 : Micrographies optiques de la surface nitrurée dans le cas de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré
à 550 °C pendant (a) 10 et (b) 100 h après attaque chimique par picral bouillant.
Figure 3 : Micrographie par microscopie électronique en transmission (en champ sombre) à 50 µm de profondeur de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant 100 h. Champ sombre à partir de l’intensité diffractée par les nitrures d’éléments d’alliage.
Figure 4 : Profils de composition chimique de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant 10 et 100 h. (a) azote (analyse par microsonde électronique à balayage) et (b) carbone (analyse par spectrométrie à décharge électroluminescente).
Figure 5 : Distribution en taille des précipités pour une profondeur de 900 µm (après 100 h de nitruration) et à cœur du matériau. Le nombre total de précipités pris en compte est de 188 et 236 respectivement.
Figure 6 : Profils de contraintes résiduelles au sein de la ferrite de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant 10, 50 et 100 h. La contrainte moyenne σXX-σZZ est obtenue par diffraction des rayons X et la méthode des sin2ψ.
Figure 7 : Evolution de la fraction de phases à l’équilibre thermodynamique de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant (a) 10 et (b) 100 h. Les résultats sont calculés à partir de Thermo-Calc et des profils de composition chimique de la Figure 4.
Figure 8a : Evolution de la fraction volumique totale de précipités de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant 10 et 100 h. Les résultats sont calculés à partir de Thermo-Calc.
Figure 8b : Variations de volume calculées accompagnant la précipitation de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant 10 et 100 h. La composition du matériau à cœur est prise comme référence.
Figure 9 : Profils de contraintes résiduelles calculées au sein de la matrice ferritique de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant (a) 10 et (b) 100 h. Comparaison avec les analyses par diffraction des rayons X (figure 6).
Tableau 1 : Paramètres de maille a, b, c et volume massique V utilisés par le modèle présenté de nitruration des aciers. Les données sont prises de la base de donnée JCPDS.
Figure 10 : Variations de volume calculées accompagnant la précipitation de l’acier Fe-3%m.Cr-0.35%m.C nitruré à 550 °C pendant 10 et 100 h. La transformation des carbures n’est pas prise en compte.
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