Effet combiné du chrome et du niobium

L’acier A2 (tableau III.11) contient plus de chrome et de niobium par rapport à l’acier B2. Tableau III.11. Compositions chimiques des aciers B2 et A2 Eléments chimiques (en pourcentage massique, %)

Analyse microstructurale

Les micrographies optiques des aciers B2 et A2 à l’état brut de coulée sont montrées par la figure III.42. Les microstructures des deux aciers sont composées d’austénite et de carbures. L’acier A2 présente une structure plus fine que celle de l’acier B2. La taille des grains austénitiques de l’acier B2 et A2 sont de 138 µm et de 60 µm respectivement (tableau III.12). Cette finesse des grains est due à l’action combinée des éléments ajoutés (Cr et Nb). Ces derniers sont des éléments fortement carburigènes. Ils ont favorisé la formation des carbures secondaires aux joints des grains austénitiques, ce qui a bloqué leur grossissement et a conduit à la finesse de la structure. Tableau III.12. Tailles des grains austénitiques des aciers B1 et A2 à l’état brut de coulée Acier B2 Acier A2 Tailles des grains austénitique (µm) 138 60 Figure III.43. Micrographies optiques à l’état brut de coulée des aciers B2 (a) et A2 (b) Résultats et discussions 95 Les micrographies MEB de l’acier A2 sont présentées par la figure III.43. Sur cette dernière, on observe différents carbures. Ces derniers apparaissent sous différentes formes et différentes grosseurs aux joints et à l’intérieur des grains. Les carbures intergranulaires pourraient être de la cémentite alliée au manganèse et au chrome. D’après les analyses EDS précédentes (acier A1), le chrome ajouté se trouve dissout dans l’austénite et dans la cémentite. Des précipités intragranulaires de faibles tailles ont été aussi observés. Ces derniers sont dispersés dans toute la matrice. Ils sont probablement des carbures de niobium de type MC. Une analyse ESD n’a pas pu être effectuée pour analyser ces derniers. Les micrographies optiques des aciers B2 et A2 à l’état traité sont présentées par la figure III.44. Les microstructures des deux aciers sont composées de martensite, d’austénite résiduelle et de précipités. Ces deniers sont dispersés uniformément dans l’austénite résiduelle. Les quantités de la martensite et des précipités formés varient en fonction des éléments ajoutés et des traitements thermiques appliqués. Le taux de la martensite dans l’acier A2 est relativement élevé par rapport à l’acier B2. Ceci est lié à l’effet trempant du chrome et du niobium ajoutés. Le traitement thermique à 1100°C favorise la formation d’une quantité plus importante de martensite que celui effectué à 1050°C. Comme il a été expliqué dans le sous chapitre précédant, l’augmentation de la température du traitement thermique permet de décomposer plus de carbures secondaires formés à l’état brut de coulée. Ceci conduit à une meilleure mise en solution des éléments qui favorisent lors de la trempe la formation de la martensite en grande quantité. Figure III.44. Micrographies MEB de l’acier A2 à l’état brut de coulée Résultats et discussions 96 La quantité de précipités dans l’acier A2 est légèrement plus importante par rapport à l’acier B2. Ceci est dû à l’effet carburigène des éléments ajoutés. Ces derniers forment des carbures de type M3C et de type MC qui ne peuvent pas être complètement dissociés sous l’effet des traitements thermiques appliqués. L’analyse par diffraction des rayons X des aciers B2 et A2 à l’état traité est montrée par la figure III.45. Cette dernière confirme la présence de l’austénite et de la martensite dans les deux aciers à l’état traité. L’acier A5 présente des pics de martensite plus intenses que l’acier B2. Ceci est dû à l’effet tramant des éléments ajoutés (Nb et Cr). La température du traitement thermique a également un effet sur la formation de la martensite. De nouveaux pics révélant la a Précipités Martensite Austénite R c Précipité Martensite Austénite R b Martensite Austénite R Précipités d Précipité Martensite Austénite R Figure III.45. Micrographies optiques à l’état traité thermiquement. B2 à 1050°C (a), A2 à 1050°C (b), B2 à 1100°C (c) et A2 à 1100°C (d) Résultats et discussions 97 présence de cette phase ont été aussi observés pour l’acier A2 traité à 1100°C. Ainsi, les pics indiquant la phase austénitique sont plus intenses dans l’acier A2 traité à 1050°C que celui traité à 1100°C. Ceci explique que l’élévation de la température du traitement thermique de 1050°C à 1100°C conduit à la transformation de l’austénite en martensite en grande quantité. III.3.2.2. Dureté et microdureté La figure III.46 montre les duretés HRC des deux aciers B2 et A2 à l’état brut de coulée et à l’état traité. L’acier A2 présente des duretés plus élevées que celles de l’acier B2 pour les deux états. Les duretés de l’acier A2 à l’état brut de coulée, traité à 1050°C et à 1100°C sont respectivement égales à 22 HRC, 43 HRC et 59 HRC. Figure III.46. Diffractogrammes des rayons X des aciers B2 et A2 à l’état traité.  L’augmentation de la dureté de l’acier A2 comparativement à l’acier B2 est directement liée à l’ajout du chrome et du niobium. A l’état brut de coulée, l’augmentation de la teneur en chrome favorise la formation des carbures intergranulaires de type M3C en grande quantité conduisant à un affinement de la structure. L’ajout du niobium favorise la formation des carbures intragranulaires de type MC de taille fine dispersés dans toute la matrice. Les carbures formés conduisent à une amélioration de la dureté totale de l’acier. Par contre à l’état traité, les éléments ajoutés conduisent à une augmentation de la quantité de la martensite. L’augmentation de la température du traitement thermique influe aussi positivement sur la formation de cette dernière, ce qui améliore la dureté de l’acier.