Optimisation du traitement thermique d’un acier à haute résistance mécanique : étude expérimentale et simulation

Hurel, Valentin (2022). Optimisation du traitement thermique d’un acier à haute résistance mécanique : étude expérimentale et simulation. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire établi l’impact des paramètres de traitement thermique sur les phénomènes métallurgiques. Il détaille les caractéristiques microstructurales d’un acier faiblement allié utilisé pour la confection de moules produisant des composantes automobile. L’investigation se porte sur l’austénitisation, la trempe, mais surtout le revenu qui vont déterminer la microstructure et son évolution en termes de phases ainsi que de précipités.

Les traitements thermiques ont été généré à l’aide d’un dilatomètre pour assurer la détection de la moindre transformation. L’analyse débute par la détermination des phases formées lors du refroidissement à plusieurs vitesses depuis la température d’austénitisation de 900°C. Les refroidissements au-dessus de 0.7°C/s aboutissent à de la martensite et ceux en dessous donnent de la bainite.

Une fois le diagramme TRC obtenus l’impact du revenu, à travers la vitesse de chauffe et la température, est observé sur la bainite et la martensite. La chauffe est comparée pour une vitesse lente de 0.2°C/s et une vitesse rapide de 5°C/s afin de visualiser les dissimilitudes dans la précipitation. Il y a plus de précipités dans une microstructure chauffée à faible vitesse pour la martensite et pas ou peu pour la bainite.

Ensuite, les revenus à 550°C et 620°C sont étudiés afin de statuer sur le comportement des carbures, de la décomposition des blocs de martensite-austénite résiduelle (M/A) et de la progression de la matrice (bainite ou martensite). La décomposition des blocs de M/A est incomplète pour les deux températures, mais elle est plus avancée à 620°C. La partie transformée devient des carbures de chrome et pendant le refroidissement, à la fin du cycle du revenu, le reste se transforme en martensite. Une température plus haute équiaxialise les lattes et change les caractéristiques des carbures aux joints de grains.

Un cycle de revenu simulant le processus industriel a été testé avec une austénitisation à 900°C pendant 24h et un revenu à 550°C pendant 44h. L’objectif étant de le comparer à la microstructure jugée optimale afin de statuer sur les paramètres à modifier pour réduire le temps total de traitement thermique.

Titre traduit

Optimization of the heat treatment cycle of a high strength steel: experimental and simulation study

Résumé traduit

This thesis establishes the impact of heat treatment parameters on metallurgical phenomena. It describes the microstructural characteristics of a low alloy steel used for making molds dedicated to automotive components. This investigation is focused on the austenitization, the quenching but above all the tempering which will determine the microstructure and its evolution in terms of phases as well as precipitates.

The heat treatments were produced using a dilatometer to ensure detection of even the slightest transformation. The analysis begins with the determination of the phases formed during cooling at several rates from the austenitization temperature of 900°. Cooling above 0.7°C/s results in martensite and those below give bainite.

Once the CCT diagram is obtained, the impact of tempering, through the heating rate and the temperature, is observed on bainite and martensite. The heating is compared for a slow rate of 0.2°C/s and a fast rate of 5°C/s to visualize the dissimilarities in the precipitation. There are more precipitates in a low-speed heated microstructure for martensite and little or none for bainite.

Then the results obtained at 550°C and 620°C are studied to see the behaviour of the carbides, the decomposition of martensite-retained austenite (M/A) blocks and the evolution of the matrix (bainite or martensite). The decomposition of the M/A blocks is incomplete for both temperatures but is more advanced at 620°C. The transformed part of the M/A becomes chromium carbides and during the cooling of the tempering the remainder turns into martensite. A higher temperature makes the lath more equiaxial and changes the carbides characteristics at the grain boundaries.

An industrial cycle was tested with austenitization at 900°C for 24 hours and tempering at 550°C for 44 hours. The objective is to compare it with the microstructure deemed optimal to decide on the parameters to be modified in order to reduce the total heat treatment time.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 117-125).
Mots-clés libres:	revenu, bainite, martensite, transformation de phases, carbure, m/a, dilatométrie
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Jahazi, Mohammad
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	03 mars 2022 16:01
Dernière modification:	03 mars 2022 16:01
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2932

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