COMPARAISON DES STRUCTURES ET DES DURETES EN FIN DE TREMPE

Les croissants sont tronçonnés à mi-hauteur pour une observation des microstructures et réalisation d’essais de dureté. Les structures métallurgiques sont révélées par une attaque chimique au NITAL (solution d’acide NITrique et d’ALcool éthylique, ici du méthanol). L’observation au microscope optique est effectuée avec un zoom de 800 fois (925x pour la nuance 4).  Comme le NITAL attaque la perlite et les joints de grain, ceux-ci apparaissent en foncé au microscope. La ferrite et la cémentite ne sont pas attaquées et apparaissent en clair (Figure VI – 22). La martensite apparaît sous forme d’aiguilles ou de lattes et elle est obtenue par cisaillement complexe du réseau cristallin de l’austénite [BAR00]. La martensite stoppant la diffusion des atomes de carbone, elle est caractérisée par une dureté élevée : avec 0,4% de carbone, la dureté en essai Vickers est de l’ordre de 700Hv [BAR00]. Les températures de trempes étant largement en dessous de la température de germination de la martensite, toute l’austénite a donc été transformée en martensite : de ce fait, il n’y a pas d’austénite résiduelle.  La teneur de chacune des phases est estimée qualitativement, par analyse visuelle de la structure de la zone ciblée et de celles avoisinantes. Ce recensement des phases dépend ici fortement de l’expérience de la personne l’ayant réalisé.

Les résultats des deux autres pressions de gaz sont proches de ceux présentés dans la Figure VI – 23, seul le pourcentage global de martensite présente dans le croissant augmente légèrement avec la drasticité. Ainsi, en simulation numérique, le cœur du croissant trempé à 18 bars présente 75% de martensite, 15% de bainite et 10% de ferrite, ces teneurs étant proches de celles obtenues avec la pression de 3 bars. La Figure VI – 24 montre que les valeurs de duretés en tous points des croissants mesurés sont plus faibles que celles du croissant simulé, et ce quelle que soit la pression de gaz : la différence moyenne est de -38% à 3 bars, -22% à 12 bars et -21% à 18 bars. Cela s’explique par le fait que la teneur en martensite est plus importante dans le croissant issu de la simulation numérique. Par ailleurs, les valeurs de duretés sont d’autant plus grandes que la teneur en martensite est importante : c’est le cas au niveau des pinces (31/32 et 35/36). Au vu de ces résultats, les différences de déformations entre les croissants réels et virtuels peuvent s’expliquer par les différences en termes de structures finales, notamment le champ de martensite. En effet, les effets métallurgiques et mécaniques, spécialement la formation de la martensite, sont à l’origine des déformations. Aussi, le front de martensite, se formant en bout de pinces et se propageant radialement et circulairement, conditionne les amplitudes des déformations du croissant en fin de trempe. Or, en fin de trempe, la répartition de la martensite dans les croissants mesuré et simulé n’est pas la même en tout point, ce qui implique une différence en termes d’amplitudes de déformations.

Par l’utilisation de quatre vitesses de refroidissement, il est possible d’ajuster, pour une même nuance, le début de germination des phases et leur vitesse de propagation au sein du croissant. L’analyse présente des structures et des duretés finales a permis d’étudier ce décalage temporel de la formation des phases. La comparaison des résultats de simulation avec l’expérience a montré que les écarts d’amplitudes des phénomènes de déformations constatées au chapitre V sont corrélés à la répartition des structures et des duretés au sein du croissant. Ainsi, pour les nuances 1 et 4, les tendances des amplitudes des phénomènes étaient correctes, ce que corrobore la répartition finale des phases et les valeurs de duretés dans le croissant. L’hétérogénéité du refroidissement influe donc sur les moments de début des transformations de phases et sur la combinaison des déformations thermiques et métallurgiques, qui sont différents d’une nuance à l’autre. Dans l’optique de minimiser les amplitudes de déformations, une trempe étagée permettrait de limiter le gradient de température [POU81] et de diminuer ainsi le décalage temporel des débuts de transformation des phases au sein de croissant.