Projet ANR Franco-Allemand (ANR-18-CE92-0021)

Les aciers martensitiques ont un large champ d’application du fait de leur exceptionnelle résistance, et de la possibilité d’ajuster leur résistance, leur ténacité et leur formabilité par traitement thermique. Les propriétés de volume de ces aciers dépendent de façon critique de la fraction volumique, de la morphologie, de la composition et des propriétés intrinsèques de la phase martensitique. Elles sont déterminées par les transformations structurales se produisant pendant la transformation de l’austénite en martensite et pendant les post-traitements de la martensite. Dans ce contexte, la distribution hors équilibre des atomes de carbone dans la phase martensitique joue un rôle crucial. Les atomes de carbone sont en sursaturation dans la martensite fraîchement formée et leur concentration ainsi que leur distribution spatiale est déterminante pour la résistance et la ténacité de la martensite. La distribution et la mise en ordre du carbone se produit en partie au niveau du front de transformation, à l’interface austenite-martensite. Les détails de ces phénomènes, et en particulier la cinétique de diffusion du carbone et la mobilité de l’interface, ne sont pas bien compris à l’échelle atomique, bien qu’ils soient d’une grande importance pour la conception d’aciers martensitiques à propriétés mécaniques contrôlées. Jusqu’à présent, les investigations théoriques et expérimentales se sont soit restreintes à des matériaux idéalisés, soit ont été limitées par les résolutions des instruments utilisés.

Dans ce projet, nous visons à dénouer ces questions ouvertes en combinant des investigations théoriques et expérimentales complémentaires sur des aciers Fe-TM-C, où TM est un métal de transition. Nous nous concentrons sur le rôle de l’interface martensite-austénite dans la redistribution du carbone pendant la transformation martensitique. Ceci implique non seulement l’étude de la structure atomique locale de l’interface et des états au voisinage de l’interface, mais aussi la prise en compte de la compétition avec les transformations ayant lieu dans le volume, à savoir : la mise en ordre du carbone dans la martensite, la formation de carbures et de phases ordonnées, et la formation d’austénite de réversion.

A cet effet, nous développerons des modèles thermodynamiques et cinétiques basés sur : des calculs ab initio en théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) incluant tous les effets de température finie, la théorie du champ de densité atomique (ADF), l’approche quasiparticule (QA), et des approches de champ moyen. Du côté expérimental, la sonde atomique tomographique (APT), la microscopie électronique à haute résolution (HRTEM) seront utilisés pour les analyses structurales et chimiques. Des analyses corrélatives TEM-APT seront tentées sur des échantillons sélectionnés.

Partenaires:

CNRS DR12 CNRS DELEGATION PROVENCE CORSE
GPM GPM - Groupe de Physique des Matériaux (CNRS DR19)
MPI-E MAX PLANCK INSTITUTE FUR EISENFORSCHUNG
RWTH RWTH AACHEN UNIVERSITY