Apport de la diffraction synchrotron à l’étude de la transformation martensitique dans les aciers

Contribution of synchrotron diffraction for the study of the martensitic transformation in the steels

¹ Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie (LSG2M), École des Mines, Parc de Saurupt, 54042 Nancy Cedex, France
e-mail : moukrane.dehmas@mines.inpl-nancy.fr ; fabien.bruneseaux@mines.inpl-nancy.fr ; elisabeth.gautier@mines.inpl-nancy.fr ; benoit.appolaire@mines.inpl-nancy.fr ; sabine.denis@mines.inpl-nancy.fr ; benoit.denand@mines.inpl-nancy.fr ; amico.settefrati@mines.inpl-nancy.fr
² PHYMAT Université de Poitiers, SP2MI, Téléport 2, Bd Marie et Pierre Curie, 86962 Chasseneuil-Futuroscope, France
e-mail : guillaume.geandier@univ-poitier.fr
³ ESRF, 6 rue Jules Horowitz, BP 220, 38043 Grenoble Cedex, France
e-mail : matthew.peel@esrf.fr ; Gabriela.gonzales_aviles@esrf.fr ; Thomas.buslaps@esrf.fr ; Anthony.mauro@esrf.fr
⁴ FAME38 BP 156, 38042 Grenoble Cedex 9, France

Reçu : 8 Décembre 2009
Accepté : 22 Février 2010

Résumé

Le nombre d’études associant l’utilisation de la diffraction des rayons X synchrotron haute énergie pour l’étude des transformations de phases est en constante augmentation. Cette technique offre l’avantage d’analyser le matériau en volume avec des temps d’acquisition courts. Combiné à un instrument permettant de réaliser des cycles en température et éventuellement sous charge, ce dispositif devient un outil puissant pour caractériser précisément les séquences de transformations de phases, les cinétiques de transformations de phases, et dans certains cas bien spécifiques, d’atteindre des informations sur la germination et la croissance. Une analyse simultanée des évolutions des paramètres de maille des phases en présence au cours du processus de transformation peut également nous fournir des informations sur les mécanismes de transformation. L’étude proposée a pour objectif de contribuer à accroître nos connaissances sur la transformation martensitique dans les aciers. Pour ce faire, nous avons sélectionné deux aciers (i.e. un acier Maraging avec une faible teneur en carbone et un acier 35NiCrMo16 avec une forte teneur en carbone). Pour les deux aciers, nous avons entrepris une campagne d’analyses in situ par diffraction des rayons X synchrotron haute énergie afin de suivre les cinétiques de la transformation martensitique, les évolutions de paramètres de maille ainsi que la largeur à mi-hauteur de la fraction des phases en présence. L’effet d’une contrainte sur la cinétique de la transformation martensitique dans le cas de l’acier Maraging a également été étudié. L’ensemble de ces résultats est discuté et l’évolution du paramètre de maille moyen de l’austénite est comparée à un calcul micromécanique de type Mori Tanaka.

Abstract

The number of studies dealing with the analysis of phase transformation using in situ Synchrotron high energy X-Ray diffraction is increasing. Indeed, the high energy beam allows a characterization in the volume, with a low acquisition time. Combined with an experimental set up allowing varying the temperature of the specimen with a simultaneous acquisition of the diffraction data, we get a powerful tool to characterize precisely the phase transformation sequences, the overall transformation kinetics, and in some specific cases to reach information on nucleation and growth. A simultaneous analysis of the cell parameters evolutions of each phase during the transformation process may also lead to additional knowledge on the transformation mechanisms. The proposed study is to increase our knowledge of martensitic transformation in steels. In this way, two steels were studied (i.e. Maraging steel with a low carbon amount and 35NiCrMo16 steel with a high amount carbon) by in situ high energy X-ray diffraction in order to follow the kinetics of the martensitic transformation, the evolutions of cell parameters as well as full width at half maximum of each phase. The effect of a stress on the kinetics of martensitic transformation for Maraging steel was also studied. The results are discussed and the mean cell parameter evolution of austenite is compared with a micromechanical calculation using a Mori Tanaka model.