aciers haute résistance : exemple de l’industrie
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Aciers Haute Résistance : Exemple de l’Industrie Automobile
• Introduction – Problèmatique de l’allègement des véhicules
• Système Fe - Mn - Aciers à forte teneur en Manganèse
- De nouveaux renforts : Maclage et Transfo. γ(CFC)→ε (HCP) - Energie de Faute d’Empilement (EFE) dans Fe- Mn- X - Qu’est-il préférable? Maclage ou Transfo. γ→ε? - Autre solution : Traitements Thermomécaniques – Matériaux « Dual Phase » à grains ultrafins • Conclusions : Autres problèmes à résoudre
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Matlock et al., JESTECK, 2012
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AHSS
Mas
se p
ar v
éhic
ule
(Kg)
AHSS %
Masse Totale
Matlock et al., JESTECH, 2012 IF : Interstitial Free BH Bake Hardening HSLA : High strength low alloy steels DP : Dual Phase steels TRIP : Transf Induced Plasticity TWIP: Twinning Induced Plasticity
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Le Futur n’est pas lointain Cf Corée - POSCO
STRATEGIES
Aciers DP( Dual Phase) améliorés ( Augmentation Martensite, Carbone. Modif Trait Intercritique )
Aciers TRIP* & TWIP** modifiés ( affinage grain, microalliage)
Bainite Ultrafine
Trempe et « partitioning » pour stabiliser la phase γ
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Une Tendance Lourde : Viser des Microstructures Hétérogènes
TRIP*= Transformation Induced Plasticity TWIP**= Twinning Induced Plasticity
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Nombreux Essais - Grande Variabilité dans les Résultats
Comment Atteindre Cette Zone ?
Speer,… De Cooman, Met Trans, 2011
Bouaziz, Zurob, Huang, 2013
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Profiter du Biphasage : Traitements intercritiques
Bouaziz, Zurob,, Huang, 2013
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Biphasage et Changement de Phase
TWIP Steel Bouaziz, Zurob, Huang, 2013
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(CFC)
(CC)
(HCP)
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Profiter du Point Triple du Fer : CFC - HCP – BCC par Effet Chimique
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Fe - 22 wt%Mn- O.6% C Allain et al, MSE 2004
Effet de la température et de la déformation
Nécessité d’ajouter du Carbone. Effet du Carbone sur la transformation martensitique
Intérêt du Fer Hexagonal et du maclage dans Fe FCC
Allain et al. , MSE , 2004
Fe- Mn, Volosevich, 1976
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Mesures EFE dans système Fe-Mn-C- X
Peu de mesures parfaitement convaincantes
- Fe- 16/18/20/22/25/30 Mn (Wt%) Volosevich et al, 1976; NT - Fe-Mn-C ; Mn [12-18] ; C [ 0,23- 1,35] Volosevich et al, 1975, NT - Fe – 20Mn-4Cr- 0,50C , Rémy, 1977, NT - Fe- 22/28Mn - 3Al-3Si, Pierce et al., 2014, Thermo + Distances entre partielles
Fe-Mn Triangles Fe- Mn- C Diamants Fe- 20Mn-4Cr- 0,5C Cercle
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Prévision EFE = f(composition) et (température)
Modèle de Olson et Cohen, Met Trans 1976
EFEintrinsèque = 2ρ(ΔGchemfcc→hcp+ΔGmag
fcc→hcp) + Estrain +2 σγ/ε
Densité surfacique molaire (mol/m2)
(mJ/mol)
(mJ/m3)
(mJ/m2)
ρ = 4/31/2 1/a2fcc 1/NA
- Saeed-Akbari et al. , 1976 - Rémy, Pineau, 1979 - S. Cotes et al. , 1995 - Y-K Lee , C-S Choi, 2000 - Allain et al, 2004 - Pierce, Raabe et al, 2014
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15R
Pic de Ductilité en relation avec l’écrouissage associé au maclage
Rupture Fragile
Le pic de ductilité est associé au maclage
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%
Acier Fe- 20Mn – 5/18Cr- 0,50C (Frettes amagnétiques)
Mise en forme : Expansion Hydraulique à 100°C - Utilisation basse θ
EFE20°C ~ 10 mJ/m2
d EFE/ dT ~ 0,01 mJ/m2/K
ES= - 100°C
A
10 20 30 40 50 60
500
1000
1500
2000
ε
σ (MPa)
%
Acier Fe- 20Mn – Cr- 0,50C (Frettes amagnétiques) Auto blocage des macles ou phase ε par macles préinduites
20% à 100°C
Même zone + 2% à – 50°C
macle
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Etat prédéformé 30%, 100°C
Etat initial %
INFLUENCE PREDEFORMATION SUR TRANSFORMATIONS ET DUCTILITE
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A
Etat initial
Etat prédéformé 30%, 100°C
% Amélioration de la résistance et de la ductilité à basse
température
Aciers Haute Résistance : Besoins de l’Industrie Automobile
• Introduction – Position du Problème
• Système Fe - Mn - Aciers à forte teneur en Manganèse
- De nouveaux renforts : Maclage et Transfo. γ(CFC)→ε (HCP) - Energie de Faute d’Empilement (EFE) dans Fe- Mn- X - Qu’est-il préférable? Maclage ou Transfo. γ→ε? - Autre solution : Traitements Thermomécaniques – Matériaux « Dual Phase » à grains ultrafins • Conclusions : Autres solutions et problèmes à résoudre
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AUTRE Solution Récente: (2011-2013) ACIERS BIPHASES A GRAIN ULTRAFIN TWIP/TRIP - COMMENT MIEUX FAIRE?
Structure Duplex ( Ferrite- Austénite et/ou Martensite- Austénite) et + Faible Teneur en Mn
Solution explorée récemment ( H. Bhadeshia, et al. Acta Mater 2015) 0,08C- 10,6 Mn- 0,36 Si – 0,07V- 0,28Mo et B. De Cooman et al, Metall Mater, 45A, 2014:6039- 0,3C- 10Mn- 3 Al 2Si)
xxxxxxxxx Tem
péra
ture
Temps
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550°C LA Steel 610°C SA Steel
a) Phase map showing ferrite (red) and austenite (blue); d) EDXS Mn/(MnKα/(MnKα+FeKα) peak ratio mapping
Steel 10% Mn
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Yen, Bhadeshia, Acta Mater, 2015
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C Mn
Acier 10% Mn
α γ α γ
Yen, Bhadeshia, Acta Mater, 2015
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Comment Mieux Faire?
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AUTRES PROBLEMES A L’ ETUDE
- COMPORTEMENT : Dynamic Strain Aging
- ASSEMBLAGE : Soudabilité
- PROTECTION : Galvanisation
- FRAGILISATION PAR HYDROGENE : Corrosion simple et corrosion sous contrainte
Changement nature oxyde superficiel : Addition Al et Si Réduction perméation (S-M Lee, I-J Park, J-G Jung, Y-K Lee , 2016 )