Genèse des microstructures, retour sur la Journée Thématique Fermi

La Fédération pour l’Enseignement et la Recherche sur la Métallurgie en Ile-de-France (FERMI) organisait le 27 septembre dernier une journée thématique sur la Genèse des Microstructures.

La fédération créée en 2015 rassemble plusieurs laboratoires et universitaires de la région Ile-de-France tels que : les laboratoires MSSMAT (Mécanique sols, structures et matériaux) et LGPM (laboratoire génie des procédés et matériaux) de Centrale-Supélec, le département Matériaux et Structure Métallique de l’ONERA, l’Institut de Chimie et des Matériaux de l’université Paris-Est Créteil (ICMPE) avec notamment son équipe Métaux et Céramiques à Microstructure Contrôlée, le centre des matériaux PM Fourt de l’école des Mines Paristech, L’institut des Nanosciences de Paris de l’université de Pierre et Marie Curie (INSP). Ces équipes sont réunies autour de deux axes de recherche :

• Axe 1 : Conception, formulation et élaboration de nouveaux alliages
• Axe 2 : Déformation et durabilité en conditions de service

Au court de cette journée, les équipes ont présenté leurs travaux sur la compréhension des mécanismes physiques qui sont à l’origine de la microstructure des alliages métalliques. Plusieurs aspects de la microstructure des alliages ont été abordés :

• la compréhension des joints de grains et de ce qui les caractérisent à l’échelle atomique,
• la ségrégation chimique et la précipitation de composés aux joints de grains,
• l’impact des paramètres de solidification et notamment de la vitesse de solidification sur la morphologie de la structure,
• l’impact de la composition chimique sur les phases et structures générées,
• les mécanismes de recristallisation lors des traitements thermomécaniques.

L’ensemble de ces aspects de la microstructure détermine les propriétés d’emploi des alliages. Les efforts de recherche se concentrent donc sur le développement de la modélisation permettant de prédire, à partir des conditions d’élaboration et des conditions d’utilisation, la structure de l’alliage et son évolution au cours du temps. L’objectif final est de développer de nouveaux alliages dont les microstructures auront été spécifiquement conçues pour répondre à telle ou telle application.

L’exemple de « l’ingénierie des joints de grains » a été présenté par Sylvie Lartigue de l’ICMPE. On regroupe sous ce terme l’ensemble des méthodes visant à améliorer les propriétés inter-granulaires d’un alliage (résistance à la corrosion, à la ségrégation, à la propagation de fissure, au fluage, etc.) en agissant sur le réseau de joints de grain.

Un autre exemple présenté par Frédéric Soisson du SRMP (Service de Recherche de Métallurgie Physique) du CEA Saclay concerne la modélisation à l’échelle atomique des cinétiques de précipitation dans les alliages (calculs ab initio). Ces calculs ont permis de modéliser la décomposition spinodale des alliages Fe-Cr actuellement très peu documentée expérimentalement. Il s’agit de la précipitation d’une phase alpha riche en fer et d’une phase alpha prime riche en chrome à basse température (T<700°C), qui est une transformation à la cinétique très lente.

Le contrôle de la microstructure est utilisé à différente échelle par ArcelorMittal au cours de l’élaboration des aciers à très haute limite d’élasticité (THLE). Diverses applications industrielles ont été présentées par F. Bonnet du centre de recherche de Maizières lès Metz, comme par exemple :

• Le développement de nouvelles nuances « DP » (Dual Phase) pour l’industrie automobile présentant des structures complexes constituées de martensite, bainite, austénite et ferrite.
• Le contrôle de la morphologie et le durcissement des inclusions de sulfure de manganèse par traitement calcium conduisant à améliorer les propriétés mécaniques des aciers.
• Le contrôle de la microstructure grâce au dispositif de refroidissement au cours de la coulée continue.

Dans le domaine de la fonderie, la microstructure des alliages coulés est primordiale. Elle détermine les propriétés d’usage des pièces et ne peut bénéficier comme pour les alliages corroyés de traitements thermomécaniques. Le contrôle fin des microstructures pourrait donc être à notre avis un axe de développement important en fonderie notamment pour la conception de nouvelles nuances à hautes caractéristiques.

Contact : Astrid Hecquet