Acier durable, ultra-résistant et ductile grâce à un traitement avancé

Acier durable, ultra-résistant et ductile grâce à un traitement avancé

Propriétés de traction des deux aciers avec martensite bien organisée (alliages forgés A et B) par rapport à celles d’autres aciers avancés à très haute résistance. Crédit: La scienceVolume 379, Numéro 6628

Voitures, bâtiments, infrastructures, tout est inimaginable sans acier. Alors que les matériaux métalliques sont connus et fabriqués depuis plus de 5 000 ans, il existe un besoin permanent d’amélioration supplémentaire des propriétés, en particulier à mesure que de nouvelles opportunités de traitement émergent et que les préoccupations de durabilité associées aux éléments d’alliage deviennent plus importantes.

Cela déplace quelques contraintes principales dans l’orientation de la recherche : la durabilité, la résistance et la ductilité doivent être prises en compte parallèlement aux coûts et à l’applicabilité industrielle.

Une équipe de recherche principalement de la Northeastern University (Chine) et du Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE, Allemagne) a conçu une nouvelle voie de traitement pour les aciers au manganèse moyennement pauvres en composition atteignant des valeurs de résistance à la traction de 2,2 GPa à un allongement de 20% , une combinaison jusqu’ici inédite pour un matériau avec une teneur en alliage aussi pauvre, dépassant d’un facteur 2 la capacité d’absorption d’énergie des aciers actuels. Ils ont publié leurs derniers résultats dans la revue La science.

Le traitement conduit à une microstructure optimisée

Les aciers, comme tous les alliages, souffrent généralement d’un compromis entre résistance mécanique et ductilité, ce qui limite l’ouvrabilité et la tolérance aux dommages. Les aciers maraging couramment utilisés atteignent une résistance de 2 GPa. Cependant, ils sont moins ductiles et utilisent des éléments d’alliage coûteux et non durables tels que le cobalt, le nickel, le molybdène ou le titane.

Par rapport aux aciers maraging, les aciers déformés et cloisonnés atteignent une résistance similaire, mais peuvent être allongés au-dessus de 15 %. Cependant, leur mise en oeuvre est compliquée – et coûteuse – et leur déformation est inhomogène. Le point commun de tous ces aciers à ultra-haute résistance est une microstructure martensitique dominante qui ne suit aucun critère de conception topologique ni de forme. Cette microstructure contribue à la résistance de l’alliage, mais diminue sa ductilité et conduit donc à sa fragilisation.

“Notre approche consiste désormais en un concept de conception microstructurale comprenant de multiples étapes de forgeage, un traitement cryogénique et une trempe. Cela active de nombreux micromécanismes qui renforcent le matériau et le rendent plus ductile”, explique le professeur Dierk Raabe, directeur du MPIE et auteur correspondant de la publication. . La nouvelle voie de traitement transforme la majeure partie de l’austénite en martensite et stabilise l’austénite restante. De plus, la martensite formée est laminée et doublement alignée topologiquement.

« La microstructure laminée rappelle un acier de Damas typique, qui gagne en résistance en se pliant et en combinant différents alliages de fer. Ici, nous ne combinons pas différents alliages, mais utilisons un ordre de microstructure hiérarchique similaire », explique le professeur Raabe.

Les chercheurs ont utilisé la microscopie électronique à transmission et à balayage avancée et la tomographie par sonde atomique pour caractériser le matériau et voir l’influence de chaque étape de traitement. Le forgeage, par exemple, conduit à une densité plus élevée de dislocations et à des nanoprécipités plus dispersés, ce qui se traduit par une limite d’élasticité plus élevée. La ductilité élevée est un effet du glissement de dislocation dans la martensite et des transformations de phase progressives stimulées par la déformation.

L’itinéraire de conception développé est compatible avec les processus industriels existants, ce qui le rend simple et efficace dans la mise à l’échelle. Les chercheurs visent maintenant à ajuster davantage la composition de l’alliage et à ajuster la voie de conception pour d’autres classes d’alliages martensitiques dans le but de combiner haute résistance et ductilité.

Plus d’information:
Yunjie Li et al, Aciers ductiles 2-GPa à sous-structure hiérarchique, La science (2023). DOI : 10.1126/science.add7857

Fourni par la société Max Planck

Citation: Acier durable, ultra-résistant et ductile grâce à un traitement avancé (17 janvier 2023) récupéré le 17 janvier 2023 sur https://techxplore.com/news/2023-01-sustainable-ultra-strong-ductile-steel-advanced.html

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