Modélisation en fonctionnelle de la densité atomique des transformations de phases dans le système Fe-C à basse température

This thesis examines the formation of martensite in Fe-Ni-C steels and the diffusion of carbonatoms in this phase at low temperatures. To achieve this goal the atomistic modeling have beenused. To describe these phenomena two different approaches were developed: a discretemodel based on the Atomic Density Function (ADF) theory and the quasiparticle approachesbased on the Atomic Fraton Theory (AFT). First, the AFT was tested to model a self-assemblykinetics of initially disordered systems to three different classes of ordered one: singlecomponent crystals with fcc and diamond structures, two component crystals with zinc-blendstructure, and polymers with single-strand and double-stranded helixes structures. Then thisapproach was applied to model austenite/martensite transformation. It was shown thatmartensite nucleus grows as multivariant aggregate in austenite matrix. Using pole figures andsimulated diffraction patterns these variants were identified and compared with the experimentaldata. The carbon diffusion in martensite phase was studied using ADF theory. Two systemswith the different elastic properties corresponding to the Fe-C and Fe-Ni-C systems wereconsidered. It was shown that during a first stage of aging the carbon atoms undergo a spinodaldecomposition on the octahedral interstices of bcc lattice and form the carbon-rich zones. Then"tweed-like" morphology of carbon-rich zones is developed. The simulations results are a goodagreement with experimental images obtained by atom probe tomography. The relationbetween Zener ordering and the concentration of carbon reach zones is discussed.Cette thèse a été centrée sur l’étude de la formation d’une phase martensitique dans les aciersFe-Ni-C et sur la diffusion des atomes de carbone dans cette phase à basse température. Lamodélisation à l’échelle atomique a été utilisée. Pour décrire ces phénomènes, deux approchesont été développées: un modèle discret basé sur la théorie de la fonction de densité atomique(ADF) et une approche quasiparticulaire basée sur la théorie atomique de Fratons (AFT). Dansun premier temps, pour montrer l’universalité de notre approche, nous avons appliqué l'AFTpour modéliser la cinétique d'auto-assemblage des atomes initialement désordonnés à desstructures ordonnées complexes. Cette approche a ensuite été appliquée à l'étude detransformation austénite/martensite. Il a été montré que le germe de martensite se développecomme agrégat multivariant dans la matrice austénitique. En utilisant des figures de pôles etdes diagrammes de diffraction simulés, ces variants ont été identifiés et comparés aux donnéesexpérimentales. La diffusion du carbone dans la phase de martensite a été étudiée en utilisantla théorie ADF. Deux systèmes avec différentes propriétés élastiques, Fe-C et Fe-Ni-C, ont étéconsidérés. Il a été montré qu’au cours du premier stade de vieillissement, les atomes decarbone subissent une décomposition spinodale sur les interstices octaédriques du réseautétragonal centré de martensite et forment les zones riches en carbone. Ensuite, la morphologie«tweed-like» des zones riches en carbone est développée. Les résultats des simulations sontun bon accord avec les images expérimentales obtenues par sonde atomique tomographique.La relation entre une mise en ordre de Zener et la concentration des zones riches en carbone aété discutée