Étude expérimentale et modélisation de traitements thermochimiques de cémentation complexes : applicati

Missions :
Les traitements thermochimiques de cémentation permettent de renforcer les composants en acier (engrenages, transmissions, etc.) en surface. La résistance à l’usure et à la fatigue est augmentée grâce au durcissement de la surface, tandis que la ductilité est conservée à cœur, et grâce à la formation de contraintes résiduelles de compression près de la surface. Des travaux de recherche et développement sont en cours pour appliquer la cémentation à des nuances d’acier plus riches en éléments d’alliage (Mo, V, Cr…), destinées à des applications à plus haute température pour l’industrie aéronautique. Ces éléments ont un impact significatif sur les évolutions microstructurales, qui doivent être étudiées car elles influencent les profils de microstructures, le comportement mécanique et la formation des contraintes résiduelles.
Le projet se concentrera sur l’étape de cémentation, réalisée à haute température (par exemple 950°C), dans le domaine de stabilité de l’austénite. Deux phénomènes se produisent et interagissent : la diffusion à longue distance du carbone (jusqu’à plusieurs mm depuis la surface) et la précipitation des carbures. La cinétique de précipitation dépend de la concentration locale en carbone et, en retour, la précipitation des carbures perturbe le flux macroscopique de carbone. Des complexités supplémentaires proviennent du procédé, qui inclut des pulses d’enrichissement séparés par des étapes de diffusion, et de la coexistence de populations de carbures en interaction, et subissant des phénomènes de précipitation et de dissolution. Peu de recherches ont été menées sur ces phénomènes et la plupart des observations dans la littérature ont été réalisées après enrichissement, refroidissement et revenu [1]. L’étape d’enrichissement reste à étudier spécifiquement.
Activités :
Les objectifs du projet seront d’étudier, par modélisation et techniques de caractérisation avancées, la cémentation d’un acier à outils fortement allié contenant des éléments d’alliage carburigènes tels que Mo, Cr et V. Les principales activités consisteront à :
• Étudier l’influence des paramètres du traitement d’enrichissement en faisant varier la température, le nombre de pulses et la durée des étapes de diffusion.
• Réaliser des traitements d’enrichissement interrompus suivis de trempe.
• Examiner les couches enrichies d’échantillons de laboratoire par microsonde pour mesurer les profils de concentration en carbone, et par microscopies électroniques (MEB, MET) pour observer la précipitation et la microstructure de la matrice (martensite, austénite résiduelle).
• Établir les tailles de grains d’austénite avant refroidissement par reconstructions cristallographiques (EBSD).
• Réaliser des expériences in situ de diffraction des rayons X à haute énergie pour suivre les fractions de carbures et la concentration en carbone dans l’austénite [2].
Par ailleurs, un modèle introduit précédemment pour la cémenta
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