revue bibliographique
I.8.3 Alliage Hastelloy C-2000 :
Une équipe américaine a travaillé sur un autre type d’alliage à base nickel : le Hastelloy C-2000 [51-60]. La composition du Hastelloy C-2000 (en poids %) est la suivante : 23Cr, 16Mo, 1,6Cu, 0,01C, 0,08Si, et Ni. L’énergie de faute d’empilement de cet alliage est estimé à 1,22 mJ∙m-2 [52]. Dans cette expérience, les auteurs ont réalisé un traitement de Surface Nanocristalline and Hardening (SNH). Ce traitement est conduit dans une machine connue sous le nom de « Spex mill ». La vitesse d’impact des billes en WC / Co induite par la vibration de l’enceinte en acier du dispositif est de 5 m∙s-1
. Le traitement de SNH est réalisé sous atmosphère protectrice d’argon pendant 30 et 180 min sur les deux faces des échantillons.
Un exemple de résultat obtenu sur un Hastelloy C-2000 est illustré sur la figure 42. Les micrographies en coupe transverse révèlent le résultat avant (figure 42 (a)) et après un
traitement SNH de 30 min (figure 42 (b)). Les micrographies en fond noir obtenues par microscopie électronique à transmission de la figure 43 mettent en évidence la nanostructuration due au traitement SNH. Des nanograins sont en effet présents sur les deux micrographies
Figure 42 : Micrographies optiques en coupe transverse d’un alliage à base nickel C-2000 : (a)
avant le traitement de SNH et (b) après un traitement de SNH pendant 30 min. [55]
Figure 43 : Micrographies en fond noir et clichés de diffraction des électrons associés
obtenus par microscopie à transmission proche d’une surface impactée. (a) après un traitement de SNH de 30 min et (b) après un traitement de SNH de 180 min. Les anneaux de la structure CFC sont présents sur les deux
clichés de diffraction électronique en aire sélectionnée. [55]
La figure 44 représente des profils de dureté obtenus sur des coupes transverses d’échantillons non traité et traités par SNH pendant 30 et 180 min. Les courbes révèlent nettement une augmentation de la dureté en surface quand les échantillons ont été traités par le procédé de SNH. Cependant, les profils obtenus pour les deux temps différents se superposent parfaitement et atteignent les mêmes limites de dureté maximum : passage de 250 HV (matériau non traité) à 500 HV après un traitement SNH. Seule la profondeur affectée semble être légèrement plus importante dans le cas de l’échantillon traité pendant 180 min. Un profil de contraintes a été réalisé sur l’échantillon traité pendant 30 min (figure 45). Il révèle une contrainte de compression maximale de 1200 MPa à 150 µm de la surface.
I.9. Résumé
Figure 44 : Profils de dureté Vickers sur un alliage base nickel C-2000 avant et après le
traitement SNH. [55]
Figure 45 : Profil de contraintes dans le plan de l’échantillon après un traitement SNH de 30 min en fonction de la profondeur par rapport à
la surface impactée. [55]
I.8.4 Conclusion.
Une présentation des résultats obtenus après grenaillage sur différents matériaux a été réalisée afin d’avoir une base de données à comparer à nos résultats. Habituellement, les techniques de caractérisation utilisées pour étudier les matériaux grenaillés sont : la coupe sens transverse et l’observation aux microscopes optique et électronique à balayage, la mesure de profils de dureté, la réalisation de diffractogrammes de rayons X de la surface impactée, la mesure de contraintes résiduelles (par DRX et méthode du trou incrémental) et la microscopie électronique à transmission. Cette dernière technique est particulièrement indispensable pour comprendre finement les mécanismes de déformation et pour mettre en évidence la nanostructuration.
Cette étude bibliographique souligne un problème. Dans les publications sur le SMAT, il manque toujours des informations sur les paramètres de traitement utilisés pour grenailler les échantillons. En recoupant, les publications il est possible d’identifier une grande partie de ces paramètres. Néanmoins, le paramètre le plus difficile à identifier est l’amplitude de vibration de la sonotrode. Or, nous verrons plus tard (Chapitre III partie III.2 page 81) que ce paramètre à une influence non négligeable sur les énergies d’impacts. Il devient difficile dans ces conditions de comparer les résultats des publications aux nôtres.
I.9 Résumé
En résumé, nous venons de voir que le couplage d’un prétraitement mécanique de surface peut, dans certains cas, améliorer de façon significative les cinétiques de diffusion durant les processus de traitement thermochimique des surfaces. Le prétraitement mécanique se traduit sur la microstructure par une déformation plastique de la surface. Cette déformation plastique augmente, dans la plupart des cas, la limite élastique du matériau : il s’agit du mécanisme d’écrouissage.
Une brève introduction de la déformation plastique des métaux CFC a été présentée. Elle met en évidence les mécanismes responsables de l’écrouissage tels que la naissance et la multiplication des dislocations, le glissement des plans denses et la contrainte nécessaire à la mise en mouvement du glissement, les mécanismes de maclage mécanique, voire même dans certains cas une transformation de phase. Le paramètre intrinsèque au matériau qui permet de prédire son comportement face à la déformation plastique est l’énergie de fautes
d’empilement. C’est à partir de cette valeur qu’il est possible de connaître le comportement d’un matériau vis-à-vis d’une sollicitation extérieure. De plus, l’énergie de fautes d’empilement permet de connaître les mécanismes mis en jeu lors de l’affinement (subdivision des grains) de la microstructure en nanostructure.
Un autre aspect important est la déformation plastique est la création dans certains cas d’une texture de déformation jouant un rôle non négligeable sur les propriétés physiques (mécanique, thermique, électrique…) du matériau polycristallin.
La conséquence de la déformation plastique et de l’introduction de défauts sur un matériau polycristallin est la présence de contraintes internes qu’il est intéressant de connaître pour quantifier cette déformation.
Une revue bibliographique a également été réalisée pour avoir un aperçu des conséquences du grenaillage sur le matériau. Elle a aussi permis de réaliser une liste non exhaustive des techniques de caractérisation couramment employées pour étudier les échantillons traités.
Pour pouvoir expliquer et caractériser les résultats, nous avons utilisé un certain nombre de techniques de caractérisation qui permettent de mieux connaitre la nature des déformations introduites et leurs conséquences. Ce sera l’objet du chapitre 2 de ce manuscrit.