Rôle des éléments d'alliages

par H. K. D. H. Bhadeshia

traduit par T. Sourmail

Le carbone a un effet important sur le domaine de température dans lequel bainites supérieure et inférieure sont susceptibles de se former. De nombreux éléments d'alliage abaissent la température de début de formation de la bainite , mais le carbone a de loin la plus grande influence, ainsi que le montre la formule empirique:

B_S (°C) = 830-270C -90Mn-37Ni-70Cr-83Mo
où les concentrations sont exprimées en % massiques. La solubilité du carbone est bien plus grande dans l'austénite que dans la ferrite , de plus, le carbone stabilise fortement l'austénite, retardant ainsi la cinétique des réactions. La quantité de carbures présente dans la microstructure finale augmente proportionellement à la teneur en carbone qui doit donc être maintenue inférieure à 0.4% en masse pour assurer de bonnes propriétés mécaniques. Nous avons déjà vu qu'une augmentation de la teneur en carbone rendait difficile, voire impossible, l'obtention de bainite inférieure, à cause du temps nécessaire pour dessaturer les plaquettes de ferrite.

Dans les aciers au carbone seul, la réaction bainitique est cinétiquement inaccessible car la formation de ferrite et de perlite commence à des températures plus hautes et pour des temps plus courts, de sorte qu'il est difficile d'obtenir des microstructures bainitiques en refroidissement continu. Ces difficultés peuvent être présentes en traitement isotherme si la formation de la ferrite est particulièrement rapide. L'addition d'éléments d'alliage a en général pour effet de retarder la formation de ferrite et de perlite. De plus ils abaissent la température de début de formation de la bainite. Ceci entraine souvent une importante séparation des réactions, et la pluspart des aciers alliés présentent deux C distincts dans leur courbe TTT. Il reste difficile d'obtenir des microstructures bainitiques du fait de la proximité de la réaction martensitique.

Il existe un moyen très efficace d'isoler la réaction bainitique qui est d'ajouter 0.002% (en masse) de bore à un acier contenant 0.5% de Mo. Le molybdène a pour effet d'accélérer la réaction bainitique, pendant que le bore retarde la formation de la ferrite, probablement par ségrégation dans les joints de grain de l'austénite. Ceci permet d'obtenir la réaction bainitique dans des temps plus courts. En même temps, la courbe en C de la réaction bainitique n'étant pas modifiée, la formation de martensite n'est pas favorisée. On peut donc obtenir, avec une gamme de vitesse de refroidissement adéquate, des aciers totalement bainitiques.