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Influence of cryogenic treatment on microstructure and mechanical properties of high strength AISI D2 tool steel

Ghasemi Nanesa, Hadi (2016). Influence of cryogenic treatment on microstructure and mechanical properties of high strength AISI D2 tool steel. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cryogenic treatment, known as treating materials at sub-zero temperatures, has been added to conventional heat treatment cycle of high alloyed steels where martensitic transformation is incomplete after quenching to room temperature. Incomplete martensitic transformation occurs due to the effect of high content of alloying elements on pushing down martensite start and finish temperatures to very low values, specifically, on tool steels.

In spite of obtaining significant improvements in mechanical and wear properties after cryogenic treatment, there is no cohesive picture about what exactly modifies the microstructure of tool steels during cryogenic treatment and therefore divergent opinions on the influence of process parameters are still reported. For example, the suggested time length for cryogenic treatment starts from few seconds to several days indicating the lack of understanding about micromechanisms responsible for microstructural evolution while holding at cryogenic temperatures.

In this regard, the main objective of this project is to develop a better understanding on the fundamental micromechanisms operating during cryogenic treatment. To attain this objective, the following milestones are pursued.
- To study the conventional cryogenic treatment and finding challenges.
- To identify and characterize the optimum starting microstructure before cryogenic treatment.
- To determine the important processing parameters those control the evolution of microstructure and hardness.
- To investigate the interaction between carbide precipitation and martensitic transformation in the AISI D2 steel.
- To propose an optimal cryogenic treatment for AISI D2 steel.

Titre traduit

Influence du traitement cryogénique sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l'acier AINS D2

Résumé traduit

Le traitement cryogénique est, des matériaux à des températures inférieures à zéro, a été intégré au cycle conventionnel de traitement thermique des aciers fortement alliés où la transformation martensitique est incomplète après la trempe à la température ambiante principalement due à la forte teneur en éléments d'alliage dans ces aciers. En effet, la transformation martensitique débute et prends fin à de très basses températures, particulièrement dans le cas des aciers à outils.

Malgré d’améliorations significatives en termes de propriétés mécanique et d’usure suite au traitement cryogénique, il n'y a pas une explication cohérente et exacte sur ce qui modifie la microstructure de ces aciers en cours de ce traitement. Par conséquence, plusieurs opinions divergentes existent sur l'influence des paramètres du procédé sur la modification de la microstructure et les propriétés mécaniques.

L'objectif principal de ce projet est de développer une meilleure compréhension des micromécanismes fondamentaux mises en jeux au cours du traitement cryogénique. Pour atteindre cet objectif, les étapes suivantes sont poursuivies :
- Étudier le traitement cryogénique classique et identifier les défis.
- Identifier et caractériser la microstructure optimale du matériau de base avant le traitement cryogénique.
- Déterminer les paramètres importants de traitement qui gouvernent l'évolution de la microstructure et la dureté.
- Investiguer l'interaction entre la précipitation de carbures et la transformation martensitique dans le cas de l'acier AISI D2.
- Proposer un traitement cryogénique optimisé pour l'acier à outil AISI D2

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 119-122.
Mots-clés libres: Cryotechnique. Acier à outils Traitement thermique. Acier à outils Microstructure. Acier à outils Propriétés mécaniques. Acier à haute résistance. Dureté. Transformations martensitiques. Carbures. AISI D2, traitement cryogénique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Jahazi, Mohammad
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Songmene, Victor
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 12 sept. 2016 14:46
Dernière modification: 10 déc. 2016 17:15
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1722

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