Effet combiné du chrome, du nickel et du niobium

Cette partie traite l’effet combiné du chrome, du nickel et du niobium sur la microstructure et les propriétés tribologiques de l’acier A6. Comparativement à l’acier B1 (acier Hadfield), l’acier A6 contient des proportions relativement élevées en chrome, en nickel et en niobium. Les compositions chimiques de ces aciers sont données par le tableau III.27. De manière analogue aux alliages A4 et A5, l’augmentation de la teneur en chrome dans l’acier A6 à des teneurs inferieurs à 3% ne forme par des carbures de chrome, néanmoins elle favorise la formation d’une cémentite riche, en plus du manganèse, en chrome. De même, l’augmentation en faibles teneurs en nickel (de 0.17% à 0.89%) ne provoque pas un changement microstructurale perceptible dans l’acier A6. Par contre, une quantité de carbures a été observée dans la microstructure de l’acier A6 comparativement à l’acier B1. Ceci est dû à la présence du chrome et du niobium. Ce dernier est connu par son effet fortement carburigène par rapport au chrome. L’ajout de cet élément favorise la formation des carbures de niobium même à des teneurs inferieurs à 1%. Les carbures secondaires présents dans la microstructure de l’acier A6 sont repartis d’une manière uniforme dans la matrice (figure III.95).

L’analyse des carbures intergranulaires de l’acier B1 a montré que ces derniers sont de la cémentite alliée au manganèse et au chrome. Les carbures intergranulaires présents dans la microstructure de l’acier A6 pourraient contenir probablement les mêmes éléments chimiques que ceux de l’acier B1. Les carbures intergranulaires des deux aciers (figure III.96) montre que ceux présents dans l’acier A6 sont de grosseur plus importante par rapport à ceux de l’acier B1. Ceci pourrait être expliqué par l’enrichissement de la cémentite de l’acier A6 en chrome. Quant aux carbures intragranulaires C2, ces derniers peuvent être des carbures simples de niobium et/ou de la cémentite alliée au manganèse, chrome et niobium. Ils ont des formes hétérogènes variant de formes de bâtonnet à des formes plus ou moins arrondies (figure III.96.b). L’acier A6 contient une quantité considérable des carbures intragranulaires qui sont liés aux éléments carburigènes ajoutés.

En se basant sur les micrographies MEB des deux aciers (figure III.97), il est clair que l’acier A6 présente une microstructure plus fine que l’acier B1. La taille des grains de chaque acier a été ainsi mesurée (tableau III.28) afin de confirmer cette observation. Les résultats ont montré que la taille des grains austénitique diminue avec l’augmentation de la teneur en chrome et l’ajout du niobium. Ces deux éléments sont des éléments générateurs de carbures. Leur addition favorise la formation des carbures aux joints des grains qui ralentie le grossissement des grains austénitiques et affine ainsi la structure. Dans l’optique de déterminer les éléments dissouts dans la matrice et dans les différents carbures inter et intragranulaires de l’acier A6, une analyse EDS a été réalisée (figure III.98). L’analyse spectrale des carbures intergranulaires (C1) a révélée principalement des pics de Fe, de Mn, de Cr et de C. Ceci montre que ces carbures sont de la cémentite alliée au manganèse et au chrome. Le spectre EDS de la matrice a révélée des pics de Fe, de Mn, de Cr, de Ni, de Nb et de C. Ce résultat est expliqué par l’enrichissement de la matrice en éléments ajoutés (Cr, Nb et Ni). Le spectre des carbures intragranulaires (C2) est composé essentiellement des pics de C et de Nb. Ceci correspond au carbure de niobium.

Les diffractogrammes des rayons X des aciers B1 et A6 à l’état brut de coulée sont présentés par la figure III.99. Ces derniers montrent que les deux aciers contiennent de l’austénite. Les carbures n’ont pas été identifiés à cause de leurs faibles tailles et leurs très faibles quantités comparativement à l’austénite. Les pics représentant l’austénite dans l’acier A6 sont considérablement moins intenses que ceux de l’acier B1. L’austénite (222) est révélée seulement pour l’acier B1. Ceci montre la quantité de l’austénite de l’acier A6 est faible comparativement à celle de l’acier B1. Les éléments ajoutés (Cr et Nb) ont participé à la formation de carbures simples et complexes conduisant légèrement à la diminution de la formation de l’austénite. Les micrographies optiques des aciers B1 et A6 obtenues après traitements thermiques sont montrées par la figure III.100. A cet état, l’acier A6 est composé également de martensite, d’austénite résiduelle et de carbures précipités. La comparaison entre les microstructures des deux aciers montre que l’acier A6 présente plus de martensite que l’acier B1. Ceci est principalement lié à l’ajout du chrome et du niobium. Comme il a été expliqué précédemment, le chrome favorise également la formation de la martensite en grande quantité par son effet trempant. L’influence conjuguée du chrome et du niobium (présent dans l’acier A6) augmente la trempabilité de cet acier par rapport à l’acier B1. Ceci explique la présente de martensite en plus forte quantité dans l’acier A6. Les microstructures de l’acier A6 traité à 1050°C et à 1100°C (figure III.100 b et d) montrent que la quantité de la martensite formée est influencée également par la température du traitement thermique. Le passage de la température de 1050°C à 1100°C conduit à une plus grande décomposition des carbures secondaires (principalement la cémentite). Cette décomposition favorise un enrichissement de l’austénite en ces éléments lors de la mise en solution conduisant ainsi à la formation de plus grande quantité de martensite lors de la trempe.