Martensitic transformation in a high purity austenitic steel during low cycle torsion fatigue test

Transformation martensitique d’un acier austénitique de haute pureté lors d’un essai de fatigue oligocyclique en torsion

Ecole Nationale Supérieure des Mines, Centre SMS, URA CNRS 1884 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Etienne Cedex 2, France

Abstract

Plastic deformation of austenite decreases the energy required to transform the initial microstructure into a biphasic austenitic-martensitic one. Consequently, austenitic steels can transform above M_s temperature when plastically strained, giving complex biphasic microstructures with potentially interesting mechanical properties. However, the threshold for the strain induced martensitic deformation is not clearly defined, even under monotonic loading, since the conventional M_d temperature refers to a given amount of martensite formed under monotonic plastic strain of a given magnitude. The present paper deals with the cyclic behaviour of the 17-13 high purity (HP) steel under symmetrical low cycle torsion loading (LCTF) at room temperature and for two different sequences of applied strain amplitudes. Due to the presence of a radial strain gradient, observations of sample sections allow to conclude about the threshold of the cumulative strain at 20 °C required for the fatigue induced martensitic transformation (M_d-th). The analysis of the macroscopic response of the alloy with respect to LCTF gives important information about the effect of the strain amplitude on the y→α’ transformation. Finally, the transformation mechanisms under monotonic and cyclic torsion are discussed.

Résumé

La déformation de l’austénite réduit l’énergie nécessaire pour transformer la microstructure initiale en une microstructure biphasée austéno-martensitique. Par conséquent, les aciers austénitiques peuvent subir une transformation martensitique au-dessus de la température M_s quand ils subissent une déformation plastique. Des structures biphasées aux morphologies complexes et potentiellement intéressantes du point de vue de la résistance mécanique, peuvent ainsi être obtenues. Toutefois, le seuil de la transformation martensitique induite part la déformation n’est pas clairement défini, même pour une sollicitation monotone, puisque la température M_d conventionnelle se réfère à une fraction volumique importante (50%) de martensite formée lors de l’application de la déformation d’une amplitude donnée. Ce travail est consacré à l’étude du comportement d’un acier 17-13 de haute pureté (HP) soumis à la fatigue-torsion oligocyclique (LCTF) à 20 °C. Grâce à la présence d’un gradient radial de déformation, les observations des sections d’éprouvettes permettent de déduire le seuil de déformation cumulée à 20°C qu’il faut atteindre pour déclencher la transformation martensitique. L’analyse de la réponse macroscopique de l’acier en LCTF fournit des précieux renseignements sur l’effet de l’amplitude de déformation sur la transformation y→α’. La discussion finale porte sur les mécanismes de transformation martensitique sous torsion monotone et cyclique.