Effet des traitements thermiques cycliques sur la stabilité des carbures eutectiques formés dans les alliages Co-Cr-Ni-W-C

Effect of the cyclic heat treatments on the stability of eutectic carbides formed in Co-Cr-Ni-W-C alloys

Laboratoire de Science et Génie des Matériaux, Faculté de Génie Mécanique et Génie des Procédés, Université de Science et de la Technologie Houari Boumediene, BP 32, El-Alia Bab-Ezzouar, Alger 16111, Algérie
e-mail: abdelaziz_sellidj@yahoo.fr ; slebaili@yahoo.fr

Reçu : 18 Octobre 2009
Accepté : 28 Octobre 2009

Résumé

Les alliages Co-Cr-Ni-W-C sont utilisés en dépôts massifs sur des aciers pour combattre l’usure agressive à des températures élevées. Ils sont caractérisés par une microstructure constituée de la solution solide (γ) dendritique majoritaire et des carbures eutectiques M₇C₃ et ηM₆C. Nous nous sommes intéressés à l’évolution microstructurale de ce type d’alliages sous cyclage thermique proche des conditions de fonctionnement des soupapes. Les techniques expérimentales utilisées sont : l’élaboration d’alliages, la solidification contrôlée, le dépôt, les traitements thermiques cycliques et la caractérisation physicochimique et mécanique. À partir de 12 cycles de traitement à 700 °C, la décomposition du carbure eutectique ηM₆C débute et se poursuit en continu selon la réaction : ηM₆C = > M₁₂C+Me = > M_XC + Me (Me = W, Ni…). Le carbure M₇C₃ présente deux comportements en fonction de la température du traitement. Il reste stable durant les vieillissements cycliques inférieurs à 800 °C. À partir de cette température, il commence sa décomposition en donnant des carbures instables, moins riches en carbone, selon les réactions : M₇C₃= > M₆C+Me = > M₁₂C+Me = > M_XC+Me. Une augmentation de la dureté de l’alliage de 450 à 515 Hv₂₀₀ au cours des vieillissements jusqu’à 700 °C a été constatée. Les températures seuil et les étapes successives des transformations sont déterminées.

Abstract

Alloys Co-Ni-Cr-W-C are used in massive deposits on steel to combat aggressive wear at high temperatures. They are characterized by a microstructure main dendritic solid solution (γ) and the eutectic carbides M₇C₃ and ηM₆C. We were interested in the microstructural evolution of this type of alloys under thermal cycling close to the operating conditions of valves. The experimental techniques used are: the making of alloys, controlled solidification, deposition, cyclic heat treatments, as well as physicochemical and mechanical characterization. From 12 cycles of treatment at 700 °C, the decomposition of eutectic carbide ηM₆C begins and goes on continuously according to the reaction: ηM₆C = > M₁₂C + Me = > M_XC + Me (Me = W, Ni...). The carbide M₇C₃ has two behaviors depending on the temperature of treatment. It remains stable during cyclic ageings below 800 °C. From this temperature, it begins its decomposition by giving unstable carbides, less rich in carbon, according to the reactions: M₇C₃= > M₆C + Me = > M₁₂C + Me = > M_XC + Me. An increase in the hardness of the alloy from 450 to 515 HV₂₀₀ during ageings until 700 °C has been noticed. Threshold temperatures and successive steps of transformations are determined.