Modélisation de la transformation martensitique dans les alliages de titane
F. Tancret, E. Bertrand
Contrôler, par la composition, la transformation martensitique dans les alliages de titane permettrait de concevoir des matériaux au comportement « TRIP », superélastique ou à mémoire de forme. L’occurrence de cette transformation, sous trempe ou sous déformation, restait mal comprise ou faisait appel à des hypothèses controversées. La conception d’alliages faisait quant à elle largement usage de règles empiriques sans réel fondement physique. Dans le cadre de la thèse de Madeleine Bignon (2020), deux nouvelles théories ont été proposées pour prédire, en fonction de la composition, l’occurrence de la transformation martensitique sous trempe ou sous déformation dans les alliages de titane. Les modèles développés permettent notamment de concevoir des alliages TRIP aux propriétés optimisées.
Les alliages de titane peuvent former de la martensite lors d’une trempe depuis le domaine haute température β. Cependant, au-delà d’une certaine teneur, βc, en éléments bêtagènes (Fe, Cr, Mo, V, W, Nb, Ta…), la phase β est maintenue à température ambiante. Dans certains cas, une déformation peut alors provoquer la transformation, conduisant à un effet superélastique ou à un effet TRIP. Au-delà d’une certaine concentration en éléments bêtagènes, βd, la transformation martensitique ne se produit plus, même sous déformation.
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Les seuils βc et βd sont spécifiques à chaque élément d’alliage. La plupart des hypothèses de la littérature pour expliquer la rétention de la phase β relevaient soit de l’inhibition de la transformation martensitique par la formation de la phase β athermale lors de la trempe, qui bloquerait la martensite, soit d’une température de début de transformation, Ms, trop basse. Ces explications ne permettent toutefois d’interpréter qu’une partie des données de la littérature ; elles sont par ailleurs contredites par un faisceau d’observations expérimentales, et la plupart des calculs les mettent en défaut dans de nombreux cas. L’approche proposée est basée d’une part sur le concept de germination thermiquement activée de la martensite, et d’autre part sur la théorie cristallographique de la transformation martensitique (« phenomenological theory of martensite crystallography », PTMC). Les modèles développés, associant thermodynamique (Calphad), cristallographie et micromécanique, permettent d’expliquer l’ensemble des résultats de la littérature et de prédire correctement les seuils βc et βd observés.
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Références :
Mots-clés :
Martensite, modélisation, PTMC, métastables
Collaborations :
Lancaster University