Alloying elements effects on nano-precipitation mechanisms and hardening mechanisms in nitrided model alloys (Fe-Cr and Fe-Cr-C) and industrial steels

Ce travail s'inscrit dans un contexte de haute technologie. Il concerne le comportement des aciers alliés, nitrurés par voie gazeuse à 520°C, en matière de mécanismes de nano-précipitation et leur incidence sur le durcissement. La caractérisation des précipités nanométriques a été réalisée par METHR et nano-sonde EDX, complétée par les calculs thermodynamiques de phases, à l'aide du logiciel Thermo-Calc. L'étude réalisée sur des alliages binaires (Fe-Cr) et ternaires (Fe-Cr-C) nitrurés, a permis de proposer une nouvelle explication concernant l'excès d'azote : la précipitation de nitrures mixtes (Fe,Cr)N. Les rôles du chrome et de la microstructure initiale sur le durcissement ont également été déterminés et les mécanismes de précipitation expliqués. Les investigations entreprises sur une dizaine d'aciers industriels nitrurés ont confirmé que le chrome et l'aluminium sont les éléments d'alliage les plus influents sur le durcissement. La caractérisation des aciers industriels 32CrMoV13 et 30CrAlMo6.12 a mené à l'identification du rôle de ces deux éléments et de la microstructure initiale, sur les mécanismes de précipitation, et leur impact sur le durcissement. L'excès d'azote, mis en évidence systématiquement sous la surface, est lié à la précipitation de nitrures mixtes (Fe,Cr,Al,Mo,Mn,V)N et de nitrures de fer, en présence d'Al. Il a été démontré que les plaquettes nanométriques MN sont essentiellement responsables du durcissement. En ce qui concerne les applications industrielles, cette étude a conduit à l'optimisation de la composition des aciers industriels de nitruration, afin de réduire les cycles thermochimiques, tout en conservant les propriétés mécaniquesThis work deals with high tech industries. It concerns the behavior of gas-nitrided (520°C) alloyed steels, in terms of nano-precipitation mechanisms, with incidence on hardening. Nano-precipitates characterization was performed by HRTEM and nano-probe EDX, complemented by thermodynamic phases calculations, with the help of Thermo-Calc software. The study carried out on nitrided binary (Fe-Cr) and ternary (Fe-Cr-C) alloys, allowed to propose a new explanation about nitrogen excess: nitrides (Fe,Cr)N precipitation. Chromium and initial microstructure effects on hardening were determined, and precipitation mechanisms explained. Investigations conducted on about 10 nitrided industrial steels, confirmed that chromium and aluminium are the most influent alloying elements on hardening. The 32CrMoV13 and 30CrAlMo6.12 industrial steels characterization resulted in identifying the role of those elements and the one of initial microstructure on precipitation mechanisms, and their impact on hardening. Nitrogen excess, systematically pointed out above the surface, is related to (Fe,Cr,Al,Mo,Mn,V)N mixed nitrides and iron nitrides (in presence of Al) precipitation. It was demonstrated that nanometric platelets MN are mainly responsible for hardening. Concerning industrial application, this study led to optimize the nitrided industrial steels composition, in order to reduce thermochemical cycles, while keeping mechanical propertie