Discussion sur l'influence de la stabilité austénitique sur le

faibles que celles de l'alliage 304L, constat directement relié aux stabilités des deux matériaux. Néanmoins, tout comme pour l'alliage 304L, les quantités de martensite produites dans l'alliage 316L sous conditions cryogéniques sont toujours supérieures à celles obtenues à température ambiante. Une différence majeure est cependant à faire entre les deux alliages. Malgré le fait que les distributions de martensite α' mesurées en profondeur de l'alliage 316L sont proches à -80 °C et -130 °C (Figure 4.19), une différence de dureté importante est observable entre les deux conditions cryogéniques, ce qui contraste avec l'alliage 304L pour lequel les gradients de dureté et de fraction de martensite étaient clairement corrélés.

A -130 °C, une augmentation globale de la dureté est observable sur toute l'épaisseur affectée, par rapport à la condition ambiante. A -80 °C, l'amélioration de la dureté n'est observable qu'au voisinage de la surface et une baisse notable de la dureté est observable à partir d'une profondeur de 200-250 µm comparée aux couches écrouies à température ambiante. L'épaisseur à laquelle cette transition intervient est comparable à celle où la martensite α' n'est plus détectable. L'amélioration observée sous -130 °C est probablement due, à l'instar de l'alliage 304L, à la formation de martensite assistée par la contrainte (flèche Figure 4.19b) par rapport à une température de traitement de -80 °C. Cependant, les fractions produites étant bien plus faibles que celle obtenues pour l'alliage 304L, la présence de

martensite en profondeur permet de limiter la baisse de dureté de sous-couche observée à -80 °C mais pas d'accroitre le taux de durcissement comme ce fut le cas pour l'alliage 304L (Figure 4.6b et d).

Comme il a été mentionné dans la section précédente, l'utilisation de température cryogénique est systématiquement associée avec une légère réduction de l'épaisseur de la couche affectée. Ce phénomène est particulièrement visible sur les filiations de dureté obtenues sur l'alliage 316L traité avec une amplitude de 60 µm durant 20 min (Figure 4.20b). Une compétition entre deux mécanismes peut expliquer ce phénomène. D'une part, la baisse de température entraîne une augmentation des propriétés mécaniques du matériau, comme ce fut le cas pour l'alliage 310S (Chapitre III), rendant l'austénite plus difficile à déformer et donc entrainant une baisse de l'écrouissage (de la dureté). D'autre part, la formation de martensite dépend de la température et de la contrainte vue par le matériau à cette profondeur. La formation de martensite assistée par la contrainte est possible en profondeur seulement si la température est suffisamment basse. Une température de -80° C ne permet pas de former de la martensite assistée en profondeur de l'alliage 316L, baissant notablement la dureté en profondeur. Une baisse additionnelle de la température de traitement jusqu'à -130 °C permet la transformation de phase assistée par la contrainte en sous-couche et limite ainsi la baisse de dureté par rapport au traitement réalisé à température ambiante (Figure 4.19b). Autre fait intéressant, les valeurs maximales de contraintes résiduelles obtenues sont nettement supérieures à celles mesurées sur l'alliage 304L. Une explication à ce comportement reposerait aussi sur la nature des variants de martensite créés lors de la transformation. Étant donné que les températures Md30 et MS de l'alliage 316L sont nettement

plus basses que celles de l'alliage 304L, il est envisageable que la nature des variants soit d'autant plus orientée préférablement pour être déformés, permettant d'atteindre des valeurs de contraintes résiduelles supérieures en augmentant la déformation locale possible. Ainsi, il est possible que la plage de température sélectionnée pour ces traitements soit plus adaptée à la déformation de l'alliage 316L permettant d'atteindre des contraintes résiduelles de compression plus importantes que pour l'alliage 304L.

Ainsi, si un maximum de compression est recherché, l'alliage 316L sera plus adapté à la gamme de température sélectionnée et si un durcissement en profondeur est visé, l'alliage 304L sera utilisé.

4.3 Conclusion partielle

Au cours de ce chapitre, l'influence des paramètres de traitement a été analysée par l'utilisation de différents couples de paramètres – amplitude, durée, température.

Concernant la première partie consacrée à l'alliage 304L, nous avons montré que les paramètres de traitement avaient une influence sur le fini de surface, notamment la température. Une baisse notable de la rugosité de surface a été constatée à chaque fois qu'une température cryogénique a été utilisée. Afin de réduire le plus possible la rugosité de surface, un traitement long couplé à des températures de traitement basses devra être privilégié. Les paramètres de traitement ont aussi une influence sur la dureté atteinte et l'épaisseur de la couche affectée. En effet, en augmentant la durée de traitement et/ou l'amplitude de vibration, un durcissement plus important peut être atteint grâce à un écrouissage important de l'austénite et une transformation de phase martensitique. Ainsi, augmenter l'amplitude de traitement reste le paramètre ayant le plus d'impact sur l'épaisseur de la couche affectée en permettant un écrouissage plus en profondeur. Concernant la température de traitement, il a été mis en avant que l'utilisation de température cryogénique avait principalement un effet en surface des échantillons traités durant 3 min augmentant nettement la dureté superficielle par rapport aux traitements à température ambiante. Lorsque le temps de traitement est prolongé à 20 min, la baisse de température permet d'augmenter la dureté de sous-couche. Cependant, une légère baisse de l'épaisseur de la couche affectée a systématiquement été observée suite à l'utilisation des basses températures par rapport à celle obtenue à température ambiante. La plupart des cas d'étude ont montré que la fraction maximale de martensite α' était située en sous-couche et non directement sous la surface déformée. Ce phénomène a été attribué d'une part à l'échauffement de surface due aux déformations plastiques sévères appliquées lors du traitement mais aussi à la distribution des efforts de cisaillement lors d'une interaction bille/plan.

La deuxième partie consacrée à la comparaison entre les alliages 304L et 316L a montré que le durcissement de la matrice austénitique joue un rôle important en plus de la stabilité de la matrice mère, contrôlée ici par la chimie de l'alliage et la température de traitement. Ainsi, l'utilisation de températures cryogéniques est systématiquement associée à une légère baisse de l'épaisseur durcie. Ce phénomène intervient lorsque le couple température – taux de

déformation appliqué au matériau n'est pas suffisant pour déclencher la transformation de phase martensitique assistée par la contrainte en profondeur. Ainsi, l'augmentation des propriétés mécaniques de l'austénite sous condition cryogénique induis une baisse de la dureté de sous-couche par rapport aux valeurs obtenues à tempérante ambiante. De la même manière, la distribution des contraintes résiduelles est aussi affectée par la chimie des alliages et la température de déformation. La baisse des contraintes résiduelles constatée au sein de l'alliage 304L traité avec une amplitude de 60 µm à -80 °C impliquent que, dans ces conditions, la transformation de phase martensitique limite les valeurs de contraintes résiduelles atteignables. A l'inverse, les échantillons de 316L montrent des valeurs de contraintes résiduelles comparables pour les différentes températures avec des valeurs nettement supérieures à celles de l'alliage 304L indiquant que dans cette gamme d'EFE, les mécanismes sont les mêmes. L'alliage 316L étant plus stable que l'alliage 304L, les variants formés au sein de ce matériau seront préférentiellement orientés vis-à-vis de la charge et seront donc facilement déformable une fois générés. L'alliage 304L, moins stable que l'alliage 316L, produira différents variants n'étant pas systématiquement orientés préférentiellement par rapport à la charge. Les variants produits dans l'alliage 304L étant plus difficiles à déformer à cause de leurs orientations, le taux de déformation induit sera plus faible et une baisse des valeurs des contraintes résiduelles se produira.

Il ressort de ce chapitre que, si un traitement cryogénique est visé sur un acier inoxydable austénitique, le taux de déformation et/ou la gamme de température devront être adaptés pour optimiser l'épaisseur de la couche durcie et le profil des contraintes résiduelles. Une amélioration des propriétés mécaniques étant la plupart du temps associée à une haute dureté, des couches durcies épaisses et des contraintes résiduelles de compression importantes seront visées en privilégiant un traitement de grenaillage ultrasonique utilisant une amplitude importante et un température de traitement adaptée. Il est donc primordial de sélectionner judicieusement la température de traitement en fonction de la stabilité de l'alliage considéré afin de maximiser la fraction de martensite α' tout en minimisant l'influence des températures cryogéniques sur l'épaisseur de la couche durcie et les gradients de contraintes résiduelles.