3.2 Étude de la DDRX sur les matériaux modèles
3.2.5 Influence de la teneur en niobium
Dans les sections précédentes, nous nous attachions à décrire les effets des condi- tions de déformation rencontrées dans la gamme de forgeage, c’est-à-dire de la tem- pérature et de la vitesse de déformation, sur les courbes contrainte – déformation et sur les microstructures associées. Notre objectif est maintenant d’évaluer l’effet de la composition chimique, en particulier de l’ajout de niobium, sur les mécanismes de la recristallisation. Le niobium peut influencer la DDRX par l’intermédiaire de deux mécanismes principalement :
– Le traînage des solutés (solute drag) influence la mobilité des joints de grains. En effet, les atomes de niobium en solution solide diffusent vers les joints de grains, où le coût énergétique de la distorsion du réseau atomique est plus faible. Lors de la migration des joints, les atomes en solution solide migrent avec eux provoquant une diminution de leur mobilité (cf. section 1.3.3.2). – L’épinglage de Zener (Zener pinning) s’oppose au mouvement des joints de
grains. Les carbures de niobium exercent une force d’ancrage antagoniste à la direction de propagation du joint de grains au moment du passage de celui-ci (cf. section 1.3.3.3).
La figure 3.7 présente les courbes contrainte – déformation pour l’ensemble des alliages modèles, obtenues dans les conditions de déformation moyennes de la gamme de forgeage, c’est-à-dire à 1050◦C à une vitesse de déformation de 0,01 s−1.
0 0.5 1 1.5 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Déformation
Contrainte d’écoulement (MPa)
304L 0,30%Nb 304L 0,15%Nb 304 sans C 304L 0,05%Nb 304 sans Nb
Figure 3.7 – Courbes contrainte – déformation pour l’ensemble des alliages modèles pour
une vitesse de déformation de 0,01 s−1 à la température de 1050 ◦C.
Les contraintes d’écoulement au régime stationnaire mais également au régime transitoire sont différentes en fonction de la teneur en niobium dans le matériau. On distingue clairement deux groupes dans lesquelles les courbes se superposent : un premier groupe composé des nuances 304L sans Nb et 304L 0,05%Nb tandis que les nuances 304L 0,15%Nb et 304L 0,30%Nb composent le second groupe. Ces différences au niveau des courbes contrainte – déformation suggèrent un effet du niobium sur les mécanismes de la DDRX. Le mode d’interaction des dislocations avec les atomes en solution solide ou avec les particules de seconde phase est assez similaire. En effet celles-ci ralentissent la mobilité des dislocations, diminuant ainsi les possibilités d’interactions entre elles, rendant moins efficace le processus de res- tauration dynamique. Cela provoque une augmentation de la densité moyenne des dislocations dans le matériau et par conséquent une augmentation de la contrainte d’écoulement. La diminution de la mobilité des dislocations retarde également le déclenchement de la germination selon un processus décrit dans la partie 3.2.3. On observe en effet que les déformations qui correspondent aux contraintes maximales sont légèrement plus élevées pour les deux nuances les plus enrichies en niobium.
3.2 Étude de la DDRX sur les matériaux modèles
Cependant l’effet du niobium reste mesuré, car les différences au niveau de la contrainte d’écoulement en régime stationnaire (de l’ordre de 10 MPa) ainsi qu’au niveau de déformation correspondante à la contrainte maximale (différence de dé- formation de l’ordre de 0,1) restent faibles.
(a) 304L sans Nb (b) 304 sans carbone
(c) 304L 0,05%Nb (d) 304L 0,15%Nb
(e) 304L 0,30%Nb
Figure 3.8 – Microstructures des alliages modèles au régime stationnaire (ε = 2) pour une
vitesse de déformation de 0,01 s−1 à la température de 1050 ◦C (Le sens de cisaillement
indiqué en haut à gauche de l’image (a) est identique pour toutes les microstructures. Les sous-joints de grains ne figurent pas sur ces microstructures.).
tures liées présentées sur la figure 3.8. En effet, aucune différence significative n’est observée que ce soit au niveau de l’apparence des microstructures ou des valeurs de la taille de grain moyenne.
Afin de confirmer les tendances observées à 1050 ◦C – 0,01 s−1, l’ensemble des résultats issus de la campagne expérimental sont résumés dans les figures 3.9 et 3.10. Celles-ci présentent respectivement, le gain en contrainte et la diminution de la taille de grain moyenne observée au régime stationnaire pour chaque nuance modèle en fonction des conditions expérimentales. Le gain et la diminution sont calculés en considérant comme valeur de référence les résultats obtenus pour l’alliage modèle 304L sans Nb. 0,1 0,01 0,003 0,1 0,01 0,003 0,1 0,01 0,003 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 950°C 1050°C 1150°C Gain en contrainte (%) 304L sans C 304L 0,05%Nb 304L 0,15%Nb 304L 0,30%Nb
Figure 3.9 – Gain en contrainte observé pour l’ensemble des alliages modèles par rapport à l’alliage 304L sans Nb en fonction des conditions expérimentales.
Concernant le gain en contrainte, l’ajout de niobium dans les proportions les plus élevées (1500 et 3000 ppm) permet d’obtenir un gain moyen sur l’ensemble de la gamme de forgeage (lignes en pointillés) de l’ordre de 11 %. Tandis que pour les deux autres nuances, le gain moyen peu significatif obtenu est l’ordre de 3 %. L’effet du niobium sur la contrainte d’écoulement pour les nuances 304L sans carbone, 304L 0,15%Nb et 304L 0,30%Nb est d’autant plus prononcé que la température augmente (en particulier à 1150 ◦C). L’évolution des résultats de la nuance 304L 0,05%Nb en fonction de la température est plus contrasté. Malgré ces observations, aucune évolution franche en fonction de la température ou de la vitesse de déformation ne se dégage des résultats expérimentaux quant à l’augmentation de la contrainte par addition de niobium.
Une diminution de plus en plus forte de la taille de grain moyenne est observée lorsque le taux de niobium augmente dans les matériaux. Cette diminution est res-
3.2 Étude de la DDRX sur les matériaux modèles
pectivement de 6 % pour le 304L 0,05 %Nb, de 8 % pour le 304L 0,15%Nb et de 12 % pour la nuance 304L 0,30%Nb. À l’instar des résultats obtenus sur le gain en contrainte, l’effet du niobium sur la taille de grain moyenne est plus prononcé à haute température sauf pour la nuance 304L 0,30%Nb. En effet, pour cette nuance, la diminution de la taille de grain moyenne est plus conséquente à basse tempéra- ture, contredisant la relation entre la contrainte d’écoulement et la taille de grain moyenne. Cependant, les résultats expérimentaux sont plutôt dispersés, il est donc difficile une fois de plus d’établir un lien entre la température ou la vitesse de dé- formation et la diminution de la taille de grain moyenne par addition de niobium.
0,1 0,01 0,003 0,1 0,01 0,003 0,1 0,01 0,003 0 5 10 15 20 25 30 950°C 1050°C 1150°C
Diminution de la taille de grain moyenne (%)
304L sans C 304L 0,05%Nb 304L 0,15%Nb 304L 0,30%Nb
Figure 3.10 – Diminution de la taille de grain moyenne observée pour l’ensemble des alliages modèles par rapport à l’alliage 304L sans Nb en fonction des conditions expéri- mentales.