Interaction entre précipités et recristallisation dynamique dans un acier médium carbone au vanadium pendant le forgeage

Khan, Makarim (2022). Interaction entre précipités et recristallisation dynamique dans un acier médium carbone au vanadium pendant le forgeage. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Des tests de compression sont effectués sur un acier médium carbone au vanadium dans le but de simuler le forgeage libre d’un lingot de grande taille. Plusieurs températures sont utilisées en vue de prendre en considération le gradient de température d’un lingot et son évolution microstructurale. En effet, de multiples phénomènes microstructuraux se produisent lors du forgeage selon les paramètres procédés. Les courbes de contraintes déformations sont ainsi générées à partir des tests de compression. On considère quatre vitesses de déformation disponible sur une presse hydraulique et des niveaux de déformations représentant les conditions du forgeage libre. Les effets de friction et chauffage adiabatiques sont pris en compte et, si nécessaire, les courbes contrainte-déformation sont ajustées en conséquence. Les cinétiques de recristallisation dynamique ont été ensuite déterminées et les lois de comportement, décrivant de façon précise l’évolution de la microstructure, sont proposées. L’application de la loi de comportement a permis de déterminer une énergie de déformation de 374 kJ pour l’alliage étudié.

Pour le domaine industriel, cette étude a pour but de récolter des données sur la déformation d’un acier afin de pouvoir les appliquer sur des logiciels de calculs en éléments finis et donc, prédire l’évolution de la microstructure sous l’action d’une déformation pour l’ensemble d’un lingot de 40 tonnes. D’un point de vue scientifique, l’idée est de quantifier les énergies d’interaction entre la recristallisation dynamique et les précipités et de les comparer. Ce faisant, il est possible de prédire si le système possède assez d’énergie pour amorcer une recristallisation dynamique.

Les résultats ont démontré que la cinétique de recristallisation dynamique était accélérée par les hautes températures ainsi que par l'augmentation de la vitesse de déformation. Au-delà d'une certaine vitesse de déformation, la cinétique de recristallisation dynamique devient très lente. Les analyses microscopiques (optiques et électroniques (à balayage et à transmission)) ont démontré qu'il y avait bien de la recristallisation dynamique dans les microstructures. L'analyse au microscope électronique à balayage a également révélé la présence de précipité de vanadium interagissant avec la recristallisation dynamique d'après la comparaison entre les forces de Zener et les forces de recristallisation dynamique.

Titre traduit

Interaction between precipitates and dynamic recrystallization of a medium carbon vanadium steel during forging step

Résumé traduit

Compression tests were made on a medium carbon vanadium steel to simulate the open die forging process of a 40-tons ingot. Several temperatures were used to consider the temperature gradient and the subsequent microstructural evolution. Indeed, multiple microstructural phenomena happened during forging step. Stress strain curves were generated from compression tests. We consider here four strain rates available on a hydraulic press and the deformation level that represent open die forging conditions. Friction and adiabatic heating were considered and corrected. Kinetic of DRX was analyzed and a hyperbolic sine Arrhenius type equation is proposed. Application of the constitutive modeling allowed us to find the deformation energy that is about 374kJ.

For the industrial field, this study has for purpose to harvest datas on a deformed steel. These datas are used in finite element analysis method to predict the evolution of the deformed microstructure in a whole 40 tons ingot. The scientist goal is to quantify the interaction between precipitates and dynamic recrystallization. It is then possible to predict if the matrix has enough energy to initiate dynamic recrystallization.

Results demonstrated that the kinetic of dynamic recrystallization is accelerated with increasing temperatures as well as increasing strain rate. Above a certain strain rate, the kinetics of dynamic recrystallization is rendered difficult. Micrographies show that dynamic recrystallization occurs in the microstructure which presented a peak in its flow curve. Analysis with scanning electron microscope revealed the presence of precipitate. These precipitates are interacting with dynamic recrystallization according to the comparison between the Zener pinning force and the dynamic recrystallization forces.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 105-113).
Mots-clés libres:	recristallisation dynamique, modèle constitutif, précipitation, interaction, déformation à chaud
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Jahazi, Mohammad
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	03 mars 2022 20:15
Dernière modification:	03 mars 2022 20:15
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2934

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