Le carbone dans la bainite


par H. K. D. H. Bhadeshia

traduit par T. Sourmail

Il est simple d'établir le caractère displacif de la transformation martensitique en mesurant la composition locale avant et après la transformation. La bainite se formant à des températures plus élevées, le carbone peut quitter la plaquette de ferrite en une fraction de seconde. Il n'est donc pas possible de mesurer directement sa composition originale.

Il y a trois possibilités. Le carbone peut quitter la ferrite durant la croissance, de telle sorte que celle-ci ne soit jamais sursaturée en carbone. D'un autre coté, la croissance peut être sans diffusion, le carbone étant prisonnier derrière l'interface. Enfin, il y a une possibilité intermédiaire: une partie du carbone peut quitter la ferrite qui reste alors partiellement sursaturée. Il est donc particulièrement plus difficile de déterminer le rôle du carbone dans la transformation bainitique que dans la transformation martensitique.

La croissance sans diffusion ne peut se faire qu'à une température inférieure à T0 , pour laquelle l'enthalpie libre de la bainite devient inférieure à celle de l'austénite de même composition. Le lieu des températures T0 pour différentes concentrations en carbone est appelé ligne T0, un exemple en est représent&eacute sur le diagramme Fe-C suivant.

Construction de la courbe T-zéro dans le diagramme Fe-C. Si l'austénite a une concentration en carbone inférieure à celle donnée par la ligne T-zéro, elle peut en principe subir une transformation sans diffusion. Si le pourcentage de carbone est supérieur à celui donné par la ligne T-zéro, toute transformation sans diffusion est impossible. Alpha désigne la ferrite et Gamma, l'austénite.

Ligne T-zero

Supposons qu'une plaquette de ferrite se forme sans diffusion, mais rejette très peu de temps après l'excés de carbone qu'elle contient dans l'austénite résiduelle. La plaquette suivante doit alors se former dans de l'austénite plus riche en carbone. Ce processus doit cesser lorsque la concentration en carbone de l'austénite résiduelle atteind la ligne T0. On parle de réaction incomplète car l'austénite n'a pas atteind sa composition d'équilibre (donnée par la courbe Ae3) lorsque la réaction s'arrête. Si, d'un autre coté, nous supposons que la croissance de la ferrite se fait avec équilibre pour le contenu en carbone, la réaction devrait cesser lorsque l'austénite a la composition donnée par la courbe Ae3.

Ligne T-zero (a) Le phénomène de la réaction incomplète. Si la bainite croît sans diffusion, mais rejette tout de suite après son excés de carbone, la plaquette suivante se forme dans une austénite plus riche en carbone. Selon ce mécanisme, la réaction doit s'arrêter à la ligne T-zero. (b) Résultats expérimentaux confirmant cette hypothèse.

On observe effectivement, expérimentallement, que la transformation bainitique s'arrête à la ligne T0 (Figure b). Le mécanisme le plus plausible fait donc intervenir une étape de germination puis de croissance de type martensitique, suivie dans la cas de la bainite supérieure par le rejet de l'excés de carbone dans l'austénite voisine. On ne peut ignorer la possibilité d'un rejet partiel du carbone pendant la croissance de la plaquette, mais il y a peu de doute quant au fait que la plaquette de bainite est, au début, nettement sursaturée en carbone.

On peut prendre en compte l'énergie élastique due à la déformation sans modifier ces conclusions.

Il y a deux caractéristiques importantes de la bainite que l'on peut mettre en évidence à l'aide de divers techniques (par ex, dilatométrie, mesure de résistivité, mesures magnétiques, métallographie). Premièrement, il existe une température bien définie, en dessous de laquelle se forme la bainite (température BS ), ceci ayant ét&eacute observé pour une large gamme d'aciers alliés. Plus la température de transformation est basse (sous BS), plus il se forme de bainite. Deuxièmement, la fraction volumique de bainite formée est une fonction sigmoïdale du temps, et atteind donc une limite asymptotique, qui n'évolue pas si l'on prolonge le traitement, même s'il reste une importante quantit&eacute d'austénite . La transformation s'arrête avant que l'austénite ait atteind sa composition d'équilibre, d'où le nom de réaction incomplète.

Ces observations sont compréhensibles si l'on sait que la croissance doit cesser lorsque la composition de l'austénite atteind la courbe T-zéro. Comme cette condition est atteinte pour des concentrations en carbone plus importantes lorsque la température de transformation diminue, il se forme plus de bainite lorsque l'intervalle entre BS et la température de transformation est plus grand. De plus, l'arrêt à la courbe T0 implique que l'austénite n'atteind jamais la composition d'équilibre donnée par la courbe Ae3, comme cela est observé expérimentallement. On définit parfois une température de fin de tranformation bainitique BF, mais il est clair qu'elle n'a aucune signification fondamentale.



Reconstructive and Displacive Transformations: parts 1-6
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