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Theses Year : 2009

Study of the bainitic phase transformation mechanisms in low carbon steels

Etude des mécanismes de la transformation de phase bainitique dans les aciers bas carbone

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Abstract

The aim of this thesis is to understand and to model the mechanisms of phase transformation from austenite to bainite in a low carbon low alloy steel and especially to investigate a possible variant selection phenomenon at local scale. A series of torsion tests enabled to determine the mechanical behaviour of the austenite and bainite phases at high temperature in order to improve an already developed micromechanical model of variant selection and to obtain samples having different microstructures of austenite before transformation. Then, samples obtained from isothermal bainitic transformations were realised in order to study the influence of the phase transformation temperature and of the austenite grain size on the variant selection at local scale. The investigation of microtextures was carried out thanks to the EBSD technique. It allowed us confirming the existence of a non-random distribution of neighbour variants within a former austenite grain. The micromechanical model of variant selection deals with a self-accommodation criterion of the transformation strains between specific variants, which leads to a reduction of the total energy of a system composed of the austenite and at least two variants of bainite. The transformation strains are determined thanks to the PTMC, and then the interactions between variants are obtained by solving an Eshelby inclusion problem. Comparison between experimental results and model predictions leads to a better understanding of the microstructures of martensite and bainite formed at low temperature by the self-accommodation criterion of the transformation strains than of the bainitic microstructures formed at high temperature.
Ce travail de thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes de transformation de phase d'austénite en bainite dans un acier bas carbone faiblement allié et en particulier d'étudier une éventuelle sélection de variants à l'échelle locale. Une campagne d'essais de torsion a permis de déterminer des lois de comportement des phases austénitique et bainitique à haute température afin d'améliorer un modèle existant de sélection de variants et d'obtenir des échantillons présentant différentes microstructures de l'austénite avant transformation. Puis des essais de transformation bainitique isotherme ont été réalisés afin de pouvoir étudier l'influence de la température de transformation et de la taille de grain austénitique sur la sélection de variants. L'étude des microtextures a été réalisée grâce à la technique EBSD qui nous a permis de confirmer la présence d'une répartition non aléatoire des variants voisins au sein d'un ancien grain austénitique. Le modèle micromécanique de sélection de variants porte sur un critère d'auto-accommodation de la déformation de transformation entre certains variants afin de réduire l'énergie globale du système composé de l'austénite et de plusieurs variants de bainite. Les déformations de transformation sont déterminées à l'aide de la PTMC, puis les interactions entre les différents variants sont obtenues en résolvant un problème d'inclusions d'Eshelby. La confrontation des résultats expérimentaux avec ceux du modèle induit une meilleure compréhension des microstructures de martensite et de bainite formées à basse température par le critère d'auto-accommodation des déformations de transformation que celles formées à haute température.
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Dates and versions

tel-00422924 , version 1 (08-10-2009)

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  • HAL Id : tel-00422924 , version 1

Cite

Sophie Lubin. Etude des mécanismes de la transformation de phase bainitique dans les aciers bas carbone. Mécanique [physics.med-ph]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2009. Français. ⟨NNT : 2009ENMP1634⟩. ⟨tel-00422924⟩
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